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开发器官芯片技术的意义

发布时间:2023-05-26 14:19      浏览量:734

器官芯片是一种采用微芯片制造方法制造的微流控细胞培养设备。该设备包括连续灌注室,具有多细胞层结构、组织界面、物理化学微环境和人体血管循环。它也可以被认为是一种可以模拟和重建人体器官生理功能的细胞培养微工程设备。器官芯片是多个研究领域融合的结果,是一个完整的器官芯片系统,涉及微流体、组织工程、微电子、干细胞和检测技术等多种技术。该技术在促进组织发生学、器官生理学和疾病病因研究方面具有巨大潜力。器官芯片在研究分子作用机制、优先考虑候选药物、进行毒性测试和鉴定生物标志物方面尤其有价值。

传统的新药开发方法有许多局限性,如研发时间长(10-15年)和研发成本高(每种药物15-18亿美元)。此外,许多药物最终在临床试验中失败。这进一步增加了药物研发的难度和资金消耗。与此同时,新药开发在临床试验中的失败率很高。在大多数情况下,大约90%的药物在动物验证后在临床试验中失败。基于细胞和动物模型的临床前药物筛选不是很有效,只有10%的药物通过了临床药物筛选。这10%的药物中有一半以上仍将在第三阶段临床试验期间逐步淘汰,所涉及的投资相当可观。

首先,体外细胞培养通常处于静止状态,只有单个细胞直接暴露于一定剂量的药物。由于不同器官细胞之间的沟通对药物的真正反应至关重要,因此器官之间存在代谢物、激素和免疫调节剂的交换。因此,这种简单的刺激往往无法提供对人类反应的完整评估。

动物模型属于完整的个体模型,但物种之间的差异带来了细胞、遗传学、免疫水平和药代动力学的巨大差异。从这些动物模型中很难推断出人体对药物的真实反应。至少有一家大型制药公司表示,只有6%的动物实验能够真正预测人类的反应。药物失效的原因大多是由于缺乏疗效,但药物或其代谢产物也有一些毒副作用。

Emulate 器官芯片

其次,随着动物保护工作的加强,一些欧洲国家已经开始禁止使用动物进行实验。此外,制药公司目前需要更多的预测平台来降低早期药物筛选的成本,而器官芯片是最佳解决方案之一。

器官芯片应用广泛,已发展到高通量药物筛选、吸收代谢、药物开发、人体循环系统、药物毒理学、人工仿生微环境、细胞间相互作用、细胞外基质相互作用、新型体外培养平台等领域。动物模型中存在许多不可控因素。器官芯片在解决吸收、代谢和毒性等方面具有不可替代的优势。可同时测定吸收、分布、代谢、消除、毒性等药代动力学参数,快速筛选多种抗肿瘤药物并评价肝肾毒性。最重要的是样品使用量低,通量高,使用安全,污染小。

如果临床前药物筛选是基于器官芯片系统,则可以预先检测潜在的药物疗效和副作用。这将更好地选择有潜力进入临床试验的药物,将成功率从10%提高到30%,这将对药物开发成本产生重大影响。器官芯片比动物和体外细胞培养更有优势。在临床前研究中,器官芯片平台有望更好地筛选出有效且低毒的药物,降低药物开发成本。

器官芯片作为一种组织模型,在发育生物学、病理学、细胞生物学、体内平衡与再生医学、肿瘤分子研究、疾病模型、精准医学、新药研发与筛选、药物毒性和疗效测试等方面显示出巨大的应用潜力。Emulate Bio所提供的开放灵活的器官芯片平台,它已应用于许多生物学领域,如开发或疾病模型构建、药物开发、免疫反应治疗、微生物感染等。相信随着科研人员的努力和新制造技术的发展,器官芯片可以实现更有效、更逼真的药物疗效和毒性检测,也可以用于个性化治疗。

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