日前，結(jié)合了來自哈佛、麻省理工等全球七個機(jī)構(gòu)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的最新肝臟組織研究，科學(xué)家們結(jié)合在3D生物打印、微流體芯片和水凝膠生物支架等多方面的綜合知識將體外肝臟藥物測試推向了另一個高度。

3D打印的肝臟芯片用于藥物測試能夠更安全、更可靠的進(jìn)行，且更適合動物和人類的疾病研究。這項(xiàng)研究的地點(diǎn)集中在哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院和麻省理工學(xué)院的衛(wèi)生科學(xué)和技術(shù)部門。

根據(jù)“紐約時報”2015年發(fā)表的數(shù)據(jù)，每5,000種新的藥物成分組合中只有一種能夠通過層層測試最終成為批準(zhǔn)上市的藥物。

由Ali Khademhosseini和Su Ryon Shin帶領(lǐng)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)通過人類細(xì)胞的培養(yǎng)從而制造出肝臟芯片，這個芯片的特殊之處不僅僅在于使用的是人類的細(xì)胞，還在于擁有匹配的血管結(jié)構(gòu)，可以給組織細(xì)胞輸送營養(yǎng)。

首先，將人類肝臟細(xì)胞（HepG2 / C3A）與凝膠結(jié)合以制成組織結(jié)構(gòu)。將藻類的墨水排列打印成肝臟中的血管，隨后藻類油墨溶解，在凝膠的中心留下中空通道。使用注射器，將臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC）泵入中空通道并呈現(xiàn)血管的形狀。引進(jìn)血流時，通道呈現(xiàn)完全血管化的特征。

然后將該微流體芯片放置在生物反應(yīng)器內(nèi)部，保持細(xì)胞生長和增殖的恒定條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，“生物打印血管并與生物反應(yīng)器的集成有助于創(chuàng)建更接近于現(xiàn)實(shí)的肝臟芯片，縮小體外和體內(nèi)藥物測試之間的差距。帶血管的肝臟芯片有助于觀察和預(yù)測微循環(huán)水平的藥物毒性機(jī)制。

在肝臟器官芯片的商業(yè)化領(lǐng)域，美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）已經(jīng)開始測試一種肝臟芯片。這是一種模擬人類器官生物功能的迷你模型，F(xiàn)DA將測試它是否可以有效地為人體對食物以及食源性疾病的反應(yīng)建模。這些實(shí)驗(yàn)?zāi)軒椭鶩DA決定，醫(yī)藥公司在為可能具有毒性的新化合物（如食品添加劑）提出批準(zhǔn)申請時，是否可以用芯片數(shù)據(jù)替代動物試驗(yàn)數(shù)據(jù)。監(jiān)管機(jī)構(gòu)嘗試用器官芯片替代動物試驗(yàn)，這在全球范圍內(nèi)是首次。

2017年4月11日，F(xiàn)DA食品安全部門的毒理學(xué)高級顧問Suzanne Fitzpatrick在一則博客上公布了FDA的這一動向。雖然這類芯片是被設(shè)計(jì)用于測試藥物的，但Fitzpatrick所在的部門也想用它們來試一試單個器官對膳食補(bǔ)充劑和化妝品等產(chǎn)品的反應(yīng)。他們還能用器官芯片來測試食源性病原體影響特定器官的具體過程。FDA的食品安全科學(xué)家們將首先評估人類肝臟芯片，接著會測試腎臟、肺和腸道模型。

這些芯片由位于美國麻省波斯頓市的生物技術(shù)公司Emulate制造。這種迷你器官里包含多種人類肝臟細(xì)胞，它們長在支架上。類似血液的液體被源源不斷地泵入這個系統(tǒng)，為細(xì)胞輸送營養(yǎng)物質(zhì)并帶走代謝廢物。此外，還可以在芯片中添加免疫系統(tǒng)組分，以測試對肝臟新陳代謝的影響。

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