科學家造出“心臟晶片”幫助篩選藥物
- 發佈時間：2015-04-09 01:30:37 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報北京4月8日電 （記者常麗君）美國加州大學伯克利分校生物工程師正在開發一种先進的“心臟晶片”（heart-on-a-chip）。目前，他們的晶片是一個裝在1英寸長的硅樹脂上的搏動心肌細胞網，也是一個實際上的人類心臟組織的模型。經心血管藥物測試證明，可作為一種藥物篩選工具。這種器官晶片代表人們在開發精準、快速藥物毒性測試方法上邁出了重要一步。相關論文發表在近日的《科學報告》雜誌上。
據每日科學網站近日報道，該項目由生物工程教授凱文·海利負責，旨在開發能模擬人體器官結構與功能的3-D人體組織晶片。“這些晶片最終將取代動物用於安全有效的藥物篩選。”海利説。
用動物模型來預測人類對新藥的反應，失敗率很高，主要原因是物種間的根本生理差異。如人類和其他動物心臟細胞導電的離子通道，在數量和類型上都有很大不同。海利説：“以這些通道為標靶的心血管藥物，往往由於這些差異而無效。開發一種藥物平均要花費50億美元，而其中60%用於前期的研發成本。一種良好的人體器官模型將大大節省把一種新藥推進市場的成本和時間。”
研究人員設計的“心臟晶片”是一種心臟微生理學系統，其三維結構能和人類心臟的形狀結構及結締組織纖維間隔相媲美。在裝載區（loading area）加入不同的心臟細胞（來自人類誘導多能幹細胞），24小時內，它們開始以正常節律跳動，每分鐘55次至80次，這是正常成人的心律基準。在血管模型細胞區兩邊的微流通道，能模擬營養和藥物在人體組織的交換。將來，還能監控細胞是怎樣清除內部的代謝廢物。
“這不是一個簡單的細胞培養器，把組織浸入靜止的液體中，”論文第一作者、海利實驗室博士後阿努拉格·馬修説，“我們設計的這一系統是動態的，它實際上複製了我們體內的組織，並曝露在營養和藥物中。”
研究人員用4種已知的心血管藥物：異丙腎上腺素、E-4031、維拉帕米和美托洛爾對該系統進行了測試，根據心律變化來檢測它們對藥物的反應。比如異丙腎上腺素是治療心動過緩的，半小時後能使心律從每分鐘55次增加到124次。
研究人員指出，人工心臟組織的活性和功能可以保持幾週，在這段時間裏，可用它測試多種藥物。這種心臟晶片調整後還能模擬人類遺傳疾病、篩查個人對藥物的反應。他們還在研究該系統能否模擬多器官的相互作用。
“如果把心臟和肝臟組織連接起來，我們就能確定是否一種藥物一開始在心臟效果很好，卻在經肝臟代謝以後變得有毒。”海利説。
