在模拟人体器官的芯片上测试药物化合物听起来更接近科幻小说而不是现实，但这项技术已经存在并且已经投入使用。
动物模型在药物发现中的局限性是众所周知的。一方面，在动物身上的试验结果并不是特别好的转移到人类身上，这就导致了药品在临床开发中将近90%的失败率，进一步推高药物的研发费用和延长其研发周期。另一方面，则是动物试验所涉及的道德伦理问题，使得寻找合适的试验对象日益困难。一种越来越受欢迎和商业应用的替代系统被提出，这种人类细胞培养系统又被称为“芯片上的器官”。
芯片模拟心脏，肝脏，骨骼，和皮肤芯片器官
年5月2日，据哥伦比亚大学的新闻报道，该校工程学院的研究人员与欧文医学中心的同事合作，开发了一种器官芯片系统，该系统由人类心脏、肝脏、骨骼和皮肤组织以及循环免疫细胞组成，以模仿人体生理学。
工程组织现在是当前主要的疾病模型，其为疾病的进展和和药物的疗效等研究提供了理想的平台。然而，人体是复杂的组织结合体，它们不能孤立地工作，而是在生理上进行互相配合，完成生命活动。因此，研究人员正在致力于开发可以直接系统地模仿人体的器官芯片系统，以提供有关疾病如何发展以及药物对其他器官影响的更多信息。
模拟人体
研究人员开发的多器官芯片系统只有显微镜载玻片大小。它由人类的心脏、骨骼、肝脏和皮肤组织组成，每个组织在其胚胎起源、结构和功能特性方面都是独一无二的，并且需要自己独立的环境。器官组织都通过免疫细胞的血管流动连接起来。研究人员通过使用选择性渗透的内皮屏障来实现不同器官之间的差异。
有趣的是，芯片系统上存在的组织类型与人类诱导的多能干细胞(iPSC)技术是从同一细胞系开发的，该技术使研究人员可以从从个体抽取的少量血液样本中创建患者特异性细胞系。
虽然组织类型的生长和成熟需要4到6周，但研究人员还能够将这些组织在各自的环境中再维持4周。
研究抗癌药物
在此期间，研究人员研究了抗癌药物阿霉素的作用，这种药物在患者中广泛使用，并且据报道存在不良反应。该团队开发了一种新的计算模型来模拟药物在多器官芯片上的吸收、分布、代谢和分泌，并通过研究doxorubicin的代谢来验证其准确性。
“我们能够识别出一些心脏毒性的早期分子标志物，这是该药物的主要副作用。多器官芯片精确地预测了心脏毒性和心肌病，这通常需要临床医生减少阿霉素的治疗剂量，甚至停止治疗，”项目负责人GordanaVunjak-Novakovic说。
计算模型可用于未来的研究，以准确预测其他药物的药效学结果，并有助于推断对临床结果的影响。
该团队目前正在使用该芯片的变体来研究乳腺癌、前列腺癌、白血病的转移、缺血对其他器官的影响，以及SARS-CoV-2感染对心脏、肺和血管系统的影响。
参考文献：