如何有效地篩選藥物一直是制藥業(yè)和臨床治療的難題。近日，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Yu Shrike Zhang團(tuán)隊研發(fā)出一種新型的帶有多功能嵌入式傳感器的器官芯片，首次通過微型顯微鏡、生物物理傳感器及電化學(xué)免疫傳感器等融合，實(shí)現(xiàn)了對藥物作用的自動化監(jiān)測和篩選，例如抗癌藥物對于肝癌組織的療效以及同樣藥物對于正常心肌組織的副作用。

由于與人體功能相關(guān)性相對較差，傳統(tǒng)基于二維靜態(tài)細(xì)胞培養(yǎng)以及動物實(shí)驗篩選藥物的方法成功率很低，通常不到10%。此外病人之間的個體差異直接導(dǎo)致藥物作用的不均一性和治療方案的不準(zhǔn)確性，即同一種藥物對于不同病人所產(chǎn)生的效果往往會不同，甚至相差極大。為了解決這些問題，精準(zhǔn)醫(yī)療的概念近期得以提出。精準(zhǔn)醫(yī)療的模式是以每一個人的生活環(huán)境、生活方式以及基因等因素作為依據(jù)，來定制最優(yōu)的醫(yī)療方案。

想要達(dá)到藥物合成和使用的精準(zhǔn)性，傳統(tǒng)的藥物篩選方法顯然無法滿足，器官芯片這一新興的技術(shù)近期逐漸被科學(xué)家們采用。器官芯片發(fā)展于21世紀(jì)早期，與傳統(tǒng)二維細(xì)胞的培養(yǎng)不同，器官芯片普遍使用具有結(jié)構(gòu)性的微型三維人體細(xì)胞體外培養(yǎng)，達(dá)到與人體內(nèi)器官或組織結(jié)構(gòu)的高度相似性，進(jìn)而在體外模擬其功能。功能上的提升也自然提高了這些體外器官模型對藥物篩選的精確性，這些不同的器官芯片以特定的形式串聯(lián)之后，能夠最大限度地模擬人體血液循環(huán)，貫通不同器官的通路，從而取得對人體藥物有效性、藥物代謝動力學(xué)和藥效學(xué)等多種參數(shù)的預(yù)測。

真正能實(shí)現(xiàn)器官芯片技術(shù)對各項參數(shù)的監(jiān)測，從而在未來藥物篩選領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的則是器官芯片與生物分析技術(shù)一體化。正如病人平時會定期做心率、血壓、抽血化驗、醫(yī)學(xué)成像等檢查一樣，器官芯片的運(yùn)作及對藥物的反應(yīng)亦得利于各項分析技術(shù)的整合。Yu Shrike Zhang團(tuán)隊開發(fā)的新型整合多種嵌入式傳感器的器官芯片，首次通過微型顯微鏡、生物物理傳感器以及電化學(xué)免疫傳感器等融合，實(shí)現(xiàn)了對藥物作用長期自動化的監(jiān)測與篩選。基于這套帶有傳感器的器官芯片平臺，抗癌藥物對于人源肝癌組織的殺傷性以及對正常心肌組織的副作用得以被實(shí)時監(jiān)控，這些功能在既有器官芯片系統(tǒng)中是無法實(shí)現(xiàn)的。這一成果近期發(fā)表在Proceedings of the National Academy of Sciences USA 上。

該論文作者為：Zhang YS, Aleman J, Shin SR, Kilic T, Kim D, Shaegh SAM, Massa S, Riahi R, Chae S, Hu N, Avci H, Zhang W, Silvestri A, Manbohi A, Polini A, Calzone G, Shaikh N, Sanati A, Alerasool, P, Bhise N, Budina E, Pourmand A, Skardal A, Shupe T, Bishop C, Dokmeci MR, Atala A, Khademhosseini A

文獻(xiàn)：

Multi-Sensor-Integrated Organs-on-Chips Platform for Automated and Continual in situ Monitoring of Organoid Behaviors.

Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2017, 114, E2293–E2302, DOI: 10.1073/pnas.1612906114

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