“Body-on-a-chip”裝置是一種新的體外人體模型，不需要使用人或動物進行藥物發(fā)現(xiàn)。該芯片允許在昂貴的臨床試驗之前重現(xiàn)抗癌藥物對人類心臟細胞的副作用。圖片來源：Kyoto University iCeMS

京都大學(xué)日本綜合細胞材料科學(xué)研究所（iCeMS）的研究人員設(shè)計了一種小型“片上體”裝置，可以測試藥物對人體細胞的副作用。該裝置解決了當前類似微流體裝置的一些問題，并為下一代臨床前藥物測試提供了希望。

用芯片集成的心臟/癌癥(iHCC)來測試抗癌藥物阿霉素對心臟細胞的毒性。由iCeMS的Ken-ichiro Kamei領(lǐng)導(dǎo)的研究人員發(fā)現(xiàn)，雖然該藥物本身對心臟細胞沒有毒性，但與癌細胞相互作用產(chǎn)生的藥物代謝產(chǎn)物卻是毒性的。

這個裝置比顯微鏡載玻片還小。它包含六個小室;每兩個通道都一系列進氣口和閥門連接。氣泵控制流體通過管道的運動。每兩個腔室及其各自的微通道系統(tǒng)組成一個試驗臺。該設(shè)備中的三個測試床允許在每個床上引入微小的變化，以同時比較結(jié)果。

研究小組首先測試了阿霉素對微孔中單獨培養(yǎng)的心臟細胞和肝癌細胞的影響。該藥物對癌細胞具有預(yù)期的抗癌作用，而不會對心臟細胞造成損害。

然后他們使用iHCC設(shè)備進行測試。將心臟細胞置于一個室中，同時將肝癌細胞置于另一個室中。阿霉素被引入細胞培養(yǎng)基中，通過連接兩個腔室的微通道閉環(huán)系統(tǒng)循環(huán)，模擬血液的循環(huán)系統(tǒng)。通過這種方式，藥物以單向的方式通過兩個腔室，形成一個連續(xù)的循環(huán)。

該團隊在癌癥和心臟細胞中都發(fā)現(xiàn)了毒性跡象。他們假設(shè)一種化合物阿霉素，它是阿霉素與癌細胞相互作用的代謝副產(chǎn)物，導(dǎo)致了毒性作用。

為了驗證這一點，他們在微孔中分別培養(yǎng)的心臟細胞和肝癌細胞中加入了阿霉素。它對心臟細胞有毒性，但對癌細胞沒有毒性。

當在肝癌細胞中單獨添加阿霉素時，產(chǎn)生的阿霉素量太小，對心臟細胞沒有毒性。研究小組認為，這是因為細胞培養(yǎng)基的數(shù)量會稀釋代謝物。

相反，當阿霉素被引入iHCC時，代謝產(chǎn)物在通過微通道循環(huán)系統(tǒng)時不會被稀釋，因為需要更小的細胞培養(yǎng)體積。因此，該藥物確實通過其代謝產(chǎn)物對心臟細胞有毒性作用。

該裝置需要進一步改進，但研究表明，這種設(shè)計理念可以在昂貴的臨床試驗之前，用于研究抗癌藥物對心臟細胞的毒性副作用。這項研究發(fā)表在《皇家化學(xué)進展學(xué)會》雜志上。

更多信息：Ken-ichiro Kamei et al, Integrated heart/cancer on a chip to reproduce the side effects of anti-cancer drugs in vitro, RSC Adv. (2017). DOI: 10.1039/c7ra07716e