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【中國(guó)智能制造網(wǎng) 技術(shù)前沿】日前，維克森林再生醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)家與維克森林浸會(huì)醫(yī)學(xué)中心一起使用3D打印技術(shù)，創(chuàng)造出可用于新藥檢測(cè)的微心臟、肝臟和肺部。WFIRM研究人員正在加快大規(guī)模藥物篩選系統(tǒng)的開展工作，并增加更多器官，并提交了多項(xiàng)申請(qǐng)。
芯片上的器官是微生物系統(tǒng)，是可以模擬活組織的結(jié)構(gòu)和功能的小細(xì)胞培養(yǎng)芯片。器官芯片在藥物測(cè)試方面是有幫助的，有一天甚至可以使動(dòng)物測(cè)試成為非必需品。然而，這些小型系統(tǒng)并不是萬無一失的，而且測(cè)試身體如何對(duì)藥物進(jìn)行反應(yīng)并對(duì)藥物作出反應(yīng)同樣重要，就像測(cè)試個(gè)體器官本身一樣重要。維克森林再生醫(yī)學(xué)研究所(WFIRM)的科學(xué)家與維克森林浸會(huì)醫(yī)學(xué)中心一起使用3D打印技術(shù)，創(chuàng)造出可用于新藥檢測(cè)的微心臟、肝臟和肺部。然后將這些微型3D器官或組織結(jié)合在被稱為芯片上的受監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，因此研究人員可以復(fù)制人體如何整體響應(yīng)藥物。
除了推進(jìn)個(gè)性化醫(yī)藥，增加藥物發(fā)現(xiàn)和減少動(dòng)物測(cè)試外，WFIRM對(duì)身體工作的目標(biāo)是降低制藥公司在處理這些藥物時(shí)90%的失敗率，以及重新開發(fā)新的藥物所需的約為20億美元的花費(fèi)。
研究所所長(zhǎng)、多機(jī)構(gòu)項(xiàng)目研究員Andthony Atala表示：“迫切需要改進(jìn)系統(tǒng)來準(zhǔn)確預(yù)測(cè)藥物、化學(xué)物質(zhì)和生物制劑對(duì)人體的影響。”
目前，新藥物在實(shí)驗(yàn)室對(duì)人體細(xì)胞進(jìn)行篩選，篩選后對(duì)動(dòng)物進(jìn)行檢測(cè)。然而，兩者都沒有提供藥物化合物如何影響人體器官的準(zhǔn)確表示。研究小組近在“科學(xué)報(bào)告”中發(fā)表了一篇研究論文。
摘要說：“幾乎沒有設(shè)計(jì)的模型系統(tǒng)，包括越來越多的有機(jī)體和器官上的平臺(tái)，迄今為止反映了人體的交互性。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，我們開發(fā)了一系列生物工程組織有機(jī)體和組織結(jié)構(gòu)，它們集成在閉合循環(huán)灌注系統(tǒng)中，促進(jìn)器官間反應(yīng)。我們描述了由肝臟、心臟和肺組成的三組織器官芯片系統(tǒng)，并突出了藥物給藥的器官間反應(yīng)的實(shí)例。我們觀察到依賴于組織間相互作用的藥物反應(yīng)，說明多種組織整合的價(jià)值，用于體外研究與候選藥物相關(guān)的功效和副作用。”
該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了3D組織，并將它們連接在一個(gè)平臺(tái)上，以監(jiān)控其功能。使用人體組織中發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞類型，用3D打印技術(shù)和其他制造方法制造器官結(jié)構(gòu)。該團(tuán)隊(duì)選擇制造肺部，因?yàn)樗鼈兪菤馊苣z藥物和有毒顆粒的“進(jìn)入點(diǎn)”，心臟和肝臟因?yàn)樗鼈兊亩拘?ldquo;是候選藥物失敗和藥物回憶的主要原因”。
一旦研究人員將有機(jī)體置于密封系統(tǒng)中，用相機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，他們就用藥物來檢驗(yàn)其與真實(shí)器官的相似性。使用在整個(gè)系統(tǒng)中循環(huán)以保持組織不會(huì)死亡的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的液體用于添加藥物療法，例如向微肝給予高劑量的常見止痛劑，然后科學(xué)家引入第二種藥物以抵制種藥物的毒性作用。
該研究的主要作者Skardal博士也是助理教授，他解釋說：“數(shù)據(jù)顯示對(duì)藥物有顯著的毒性反應(yīng)以及治療緩解，準(zhǔn)確反映了人類患者的反應(yīng)。”
新的候選藥物，甚至被批準(zhǔn)的藥物，在藥物甚至不能靶向的器官和組織中都可能有毒副作用，這就是為什么科學(xué)家們還試驗(yàn)了片上系統(tǒng)來確保它將復(fù)制真正的多器官反應(yīng)。
“例如，如果您只在肝臟中篩選藥物，您就不會(huì)再看到其他器官的潛在副作用了。通過使用多組織器官芯片系統(tǒng)，您可以希望在藥物開發(fā)過程的早期發(fā)現(xiàn)有毒的副作用，這可以挽救生命。“Skardal說。
該團(tuán)隊(duì)將一種癌癥治療藥物引入已知導(dǎo)致肺瘢痕的系統(tǒng)。雖然用藥物和微心臟的對(duì)照實(shí)驗(yàn)沒有顯示副作用，但是當(dāng)在片上體內(nèi)測(cè)試藥物時(shí)，其對(duì)組織細(xì)胞具有毒副作用，并且微心臟終停止跳動(dòng)。
Skardal說：“這是完全意想不到的，但它是在藥物開發(fā)流程中可以發(fā)現(xiàn)這種系統(tǒng)的副作用。”
其他研究團(tuán)隊(duì)將來自不同器官的細(xì)胞合并成類似的系統(tǒng)，但這個(gè)項(xiàng)目是個(gè)使用更高功能和更準(zhǔn)確的3D器官結(jié)構(gòu)的成功項(xiàng)目。WFIRM研究人員正在加快大規(guī)模藥物篩選系統(tǒng)的開展工作，并增加更多器官，并提交了多項(xiàng)申請(qǐng)。
“終，我們期望展示一個(gè)包含人體內(nèi)許多關(guān)鍵功能器官的片上系統(tǒng)的實(shí)用性。該系統(tǒng)有潛力進(jìn)行先進(jìn)的藥物篩選，也可用于個(gè)性化醫(yī)學(xué)，以幫助預(yù)測(cè)個(gè)體患者對(duì)治療的反應(yīng)，”Atala說。
據(jù)悉，該項(xiàng)目由防御威脅減免機(jī)構(gòu)資助。
(原標(biāo)題：研究人員使用3D打印創(chuàng)建有機(jī)體，以監(jiān)測(cè)體內(nèi)片上系統(tǒng)的藥物測(cè)試！)
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