器官芯片有哪些应用

2024/09/12 分类:技术知识新闻中心行业新闻 16 0

器官芯片在毒性评估、疾病建模、药物评价等领域发挥着越来越重要的作用，为生命科学和医学研究提供了系统的解决方案。同时，在个性化医疗领域，该技术使用患者自身的细胞来创建个性化的器官芯片，可以根据个体预测药物的效果。许多制药、化妆品和消费品公司正在测试他们的器官芯片。例如，欧莱雅、辉瑞、阿斯利康、罗氏和赛诺菲都已开始与器官芯片研发机构合作。

1、毒性评估

根据四大制药公司的统计，人体组织的毒性和未知的安全问题是潜在候选药物失败的主要原因，占损失的40%。一直以来，毒性评估的主要目标组织包括肝脏、心脏、肾脏、血管系统和大脑。药物对这些器官的毒性通常使用高通量、简单的细胞培养试验来评估，这种试验可以模拟复杂的反应，但不能复制对化合物或动物的复杂系统反应，也不能准确预测对人体的影响。

药代动力学/药效学模型和基于生理学的药代动力学模型可用于预测体内化学物质的吸收、分布、代谢和排泄。然而，这些建模方法依赖于其他模型系统的数据、详细的解剖和生理信息。动物研究对于研究整个系统的生物系统和长期影响至关重要，但由于动物和人类在比较生理学上存在较大差异，因此在研究成果转化过程中容易发生混淆，特别是在临床试验中，第一阶段药物“首次进入人体”或增加剂量，临床试验志愿者很容易面临高风险。

人体器官芯片技术研究创新基于对人体复杂组织器官结构和生理特性的全面了解，在此基础上为药物研发、疾病研究、化学、毒素和化妆品测试等领域提供了一个紧密的体外物理模型，在许多领域具有广泛的应用价值。

2、疾病建模

除了能够评估药物对人体的毒性外，如器官芯片还可以在体外对多种类型的器官特异性疾病状态进行检测，包括Barth综合征、肺水肿和血栓形成、哮喘、慢性阻塞性肺病和炎症性肠病等，从而对疾病病理学，治疗干预的疗效和潜在进行脱靶距离效应的机制，从而有效降低临床发展阶段的失败率。

近年来，研究人员逐渐将多能干细胞技术引入器官芯片领域，并成功建立了疾病模型。例如，一个从患者身上采集干细胞构建功能性心脏组织微阵列的团队成功地模仿了巴思综合征，这是一种罕见的、可能是众所周知的小儿心肌病。该芯片使用“肌肉膜”模型复制疾病中出现的紊乱的肌节组织和弱收缩特性，然后使用基因组编辑技术“纠正”IPSC衍生的心肌细胞中有缺陷的TAZ基因，识别疾病背后的线粒体异常。

3、药物评价

药物的成功销售同时需要三个要素——安全性、有效性和可控质量。因此，药物的作用机制需要澄清——药物进入人体后如何发挥作用；药物的强度或作用；即剂量与疗效之间的关系等逐一进行研究。

因此，毒理学和安全性研究将包括在临床前筛选、临床前试验和转化阶段，以防止在临床前阶段未表现出不良反应的药物在临床试验中可能导致肝、心脏或神经损伤和药物相互作用的非预期毒性。在药物被批准用于人体临床试验之前，权衡毒性和疗效是临床前阶段的一个重要决策过程。

通过芯片的精密设计和对器官内部结构的控制，器官芯片可以更贴近真实地反映药物在体内的动态变化规律，及其对器官的影响，克服人体不同物种的动物模型存在较大偏差，从而帮助研究人员直观地感知和评价新药的安全性和疗效。

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