Science子刊：肝芯片可用于鉴定药物的物种特异性肝毒性
来源：中检健康
编辑：中检健康
时间：2019-11-25
在美国威斯生物启发工程研究所开发的众多微工程器官芯片（Organ Chip）模型中，肝芯片引起了许多行业的特别关注，这是因为对复杂生化相互作用的实时分析可以大大增强在药物、食品和其他消费产品的开发中普遍存在的肝毒性测试。
作为一家衍生自威斯生物启发工程研究所的致力于将器官芯片技术商业化的公司，Emulate公司（Emulate Inc.）近期宣布一项新研究表明它的肝脏芯片模型重现了药物化合物在人类、狗和大鼠肝脏中诱导的物种特异性毒性反应。这些数据表明这种肝芯片能够潜在地与动物模型一起用于临床前测试中，以改善对人类的安全性预测，最终目标就是获得更好的临床试验结果和更安全的药物。相关研究结果近期发表在Science Translational Medicine期刊上，论文标题为“Reproducing human and cross-species drug toxicities using Liver-Chips”。
作为一家衍生自威斯生物启发工程研究所的致力于将器官芯片技术商业化的公司，Emulate公司（Emulate Inc.）近期宣布一项新研究表明它的肝脏芯片模型重现了药物化合物在人类、狗和大鼠肝脏中诱导的物种特异性毒性反应。这些数据表明这种肝芯片能够潜在地与动物模型一起用于临床前测试中，以改善对人类的安全性预测，最终目标就是获得更好的临床试验结果和更安全的药物。相关研究结果近期发表在Science Translational Medicine期刊上，论文标题为“Reproducing human and cross-species drug toxicities using Liver-Chips”。
图片来自Science Translational Medicine, 2019, doi:10.1126/scitranslmed.aax5516。
论文共同通讯作者、Emulate公司总裁兼首席科学官Geraldine A. Hamilton博士说，“这是通过利用威斯生物启发工程研究所独特的转化模型而努力改善药物发现和开发过程的重要里程碑，这种转化模型让我们能够在开发早期从技术和商业角度评估器官芯片的前景。我们很高兴看到我们的客户使用这种肝芯片将会取得的进展，我们非常感谢有机会影响药物的发现和开发过程，并改变患者的生活。”
在这项新的研究中，来自阿斯利康公司、Emulate公司、杨森研发公司（Janssen Research & Development, LLC）和威斯生物启发工程研究所的研究人员设计出一种具有物种特异性的肝细胞的肝芯片，它具有在大鼠、狗和人类的肝脏中发现的多达四种不同的细胞类型，因而近似于肝脏的最小功能单位。他们首先将肝芯片暴露于FIAU，即一种已知会引起人类肝毒性的化合物）中，并观察到它在狗芯片和大鼠芯片中的毒性不同，但远低于它在人肝芯片中的毒性，这就重现了在先前的动物研究中观察到的结果。当测试这种肝芯片对杨森研发公司提供的不同候选药物分子作出的反应时，他们发现这些候选药物对人类和动物肝细胞功能的影响有所不同，从而重现了在体内的肝细胞中观察到的结果。他们还能够测试不同药物的作用机制，并获得传统的基于细胞的系统或动物模型无法获得的新见解。
从实验台到市场
进入临床试验的大多数药物都首先在动物体内进行测试，以确保在对人类给药之前是安全的。针对大鼠和狗的肝毒性测试是临床前研究中大多数候选药物的标准流程，但是这些测试的结果不仅可能会彼此间存在冲突，而且还会与随后在人体中发现的毒性反应存在冲突。人肝毒性是药物在临床试验中失败的主要原因之一。
这项针对这种肝芯片的研究展示了这种平台如何有助于确保更快更安全地鉴定安全有效的药物，并在开发过程的早期就淘汰无效或有毒的药物。结果就是人们有可能提高顺利通过管道进入临床的新药的质量和数量，可能更好地指导监管决策，并可能改善患者的治疗效果。
这种肝芯片基于威斯生物启发工程研究所创始主任Donald Ingber博士的实验室开发的技术，由透明、柔韧的聚合物组成，其大小与USB驱动器大小相同，并具有平行的内部通道，这些通道内部排列着活细胞。这些通道和细胞类型的空间排列可更准确地重建人体器官在体内的组织微环境，并表现出类似于在人类中发生的生理反应和疾病状态。
威斯生物启发工程研究所开发出各种各样的器官芯片，包括肺芯片、肠芯片、脑芯片，肾芯片、骨髓芯片和肝芯片，随后才将商业化工作转移到Emulate公司。Emulate公司随后扩大和优化对它准备商业化和继续开发的器官芯片的研究。
Emulate公司正在向研究、制药、生物技术和化妆品行业的科研人员推销它的器官芯片用作预测性人类相关模型，并计划将来将它的产品扩展到疾病模型。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Kyung-Jin Jang el al. Reproducing human and cross-species drug toxicities using a Liver-Chip. Science Translational Medicine, 2019, doi:10.1126/scitranslmed.aax5516.
2.Liver-chip identifies drug toxicities in human, rat, and dog models
https://medicalxpress.com/news/2019-11-liver-chip-drug-toxicities-human-rat.html
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