【点成干货】点成器官芯片：通往新治疗方式的道路

器官芯片是一种能够改善传统药物开发和新疗法发现的创新工具。它们通过重建人体器官的复杂生理学，为探索人体不同系统的相互作用提供了深入见解。在本文中，我们将探讨这项技术如何助力发现新治疗方式，并介绍实验室使用器官芯片的基本要求。

1 推动人体研究的器官芯片

器官芯片可以模拟特定器官功能，为药物测试提供更真实、更准确的模型[1]。这种技术在药物进入临床试验前，能更好地预测其安全性和有效性[2]，并可作为动物试验、疾病建模和新治疗方式的替代品。

2 器官芯片如何改善疾病治疗？

尽管制药行业面临着越来越大的压力，要求找到更好的药物检测替代品；动物模型仍然是临床前研究的金标准。缺乏基于人体的模型会损害从临床前数据到临床实践的转换。在这种情况下，器官芯片可以更准确地预测药物的安全性和有效性，提高可重复性，降低临床前试验的总体成本[2]。接下来，我们将讨论器官芯片如何帮助开发新的治疗方法。

3 更好地理解疾病生理学

器官芯片系统使用先进的微流体和细胞生物学技术来模拟和控制生理微环境。因此，它们比传统方法更适合研究复杂的器官和组织生理学。通过表征复杂的生理学，这项技术可以帮助理解疾病状态中发生的变化，[3]。此外，器官芯片可以阐明罕见疾病的机制。它还可以使用来源于患者的细胞，这在个体化的疾病研究模型中具有潜在用途[3]。

4 更可靠的药理学研究

器官芯片可能为复制新药和治疗的药理学和临床反应提供一种可靠的方法。通过这种方法，科学家可以整合多个器官，以提供更真实的临床反应估计。此外，患者来源的细胞可用于识别每个靶器官的反应变异性[3]。

5 毒性评估

器官芯片能够帮助研究人员预测药物对人体的毒性机制[3]，为毒性评估提供更准确的方法。

6 评估药物相互作用

器官芯片可以为建立药物相互作用预测中必不可少的药代动力学和药效学参数提供一种先进的工具。例如，他们可以重建人体肠道的微环境，包括其机械和流动特性，以研究药物吸收[3]。

由于其独特的流动特性，器官芯片可以帮助评估药物在特定器官中的分布。这种方法在药物代谢研究中也是有利的，因为传统方法只评估肝细胞，而没有解释其他细胞类型如何影响药物清除[3]。

最后，分别模拟血液和管腔的肾芯片可以提供更好的肾脏清除率建模和预测[3]。

7 器官芯片技术的应用

• 抗肿瘤治疗的评估：在一份报告中，器官芯片实验证明了（FPR1）/膜联蛋白a1（Anxa1）的完整性在经历化疗诱导的细胞死亡的癌症细胞的免疫细胞迁移和相互作用中的重要性[4]。接受化疗的癌症细胞释放Anxa1，这是免疫细胞的危险信号。器官芯片系统表明，免疫细胞表达的FPR1能够感知垂死肿瘤细胞释放的Anxa1，并向它们迁移，进行稳定的相互作用。
• 抗病毒药物的鉴定：随着疫情的爆发，快速测试抗病毒药物的需求变得明显。然而，体外系统在代表呼吸器官的生理学方面并不理想。因此，研究人员开发了一种模拟支气管和肺上皮的芯片[5]。

在一项研究中，用萘莫司他联合奥司他韦治疗的甲型流感感染气道芯片使奥司他维尔的治疗窗口加倍。研究人员认为，这种芯片可以帮助在紧急情况下加快治疗方法的识别[5]。

8 如何开始使用器官芯片？

正如你所看到的，器官芯片是优秀的工具，在研发中有许多可能的应用。

然而，如果你想充分利用你的实验，你的实验室必须做好准备。点成Cellix可以为您提供完整的设置（芯片上器官套件）或仅提供您需要的组件。

 

以下是开始使用器官芯片所需要的：

• 微流体芯片——模拟体内生理条件和机械力。
• 微流体泵——用于输送细胞培养基。点成Cellix的4U泵。4通道微流体泵是一种精密压力泵，具有稳定准确的流速，可独立控制4个不同的通道。它可以有效地管理压力和流量。
• 流量传感器——为您提供流量控制反馈，使实验保持正轨。
• 样品储存器和其他配件——容纳培养基、输送药物或使细胞悬浮液流过芯片上的器官。

 

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9 参考文献

[1] Mittal, R, Woo, FW, Castro, CS, et al. Organ-on-chip models: Implications in drug discovery and clinical applications. J Cell Physiol. 2019; 234: 8352– 8380. https://doi.org/10.1002/jcp.27729

 

[2] Weinhart, Marie, et al. "3D organ models—Revolution in pharmacological research?." Pharmacological research 139 (2019): 446-451.

 

[3] Isoherranen, N., Madabushi, R. and Huang, S.-M. (2019), Emerging Role of Organ-on-a-Chip Technologies in Quantitative Clinical Pharmacology Evaluation. Clin Transl Sci, 12: 113-121. https://doi.org/10.1111/cts.12627

 

[4] Mattei, Fabrizio et al. “Oncoimmunology Meets Organs-on-Chip.” Frontiers in molecular biosciences vol. 8 627454. 26 Mar. 2021, doi:10.3389/fmolb.2021.627454

 

[5] Si, L., Bai, H., Rodas, M. et al. A human-airway-on-a-chip for the rapid identification of candidate antiviral therapeutics and prophylactics. Nat Biomed Eng 5, 815–829 (2021). https://doi.org/10.1038/s41551-021-00718-9