愛丁堡大學(xué)科學(xué)家3D打印仿生芯片，用于替代動物活體測試

2023年12月30日，南極熊獲悉，據(jù)《衛(wèi)報》報道，來自愛丁堡大學(xué)的科學(xué)家開發(fā)了一種開創(chuàng)性的 3D 打印設(shè)備，可以加快新藥研發(fā)的速度，并消除動物測試的需要。這種“體外芯片”完美地模擬了藥物在患者體內(nèi)的流動方式，而塑料設(shè)備意味著科學(xué)家們可以在不需要活體動物測試的情況下測試藥物，觀察不同器官的反應(yīng)。

△這個塑料設(shè)備使用正電子發(fā)射斷層掃描（PET掃描）來產(chǎn)生精準的三維圖像，顯示器官內(nèi)部的情況。圖片來源：MurdoMacLeod/The Guardian。

這種塑料體外芯片裝置是世界上同類裝置中的第一個。該芯片使用 3D 打印機制造，具有五個隔室，復(fù)制了人類的心臟、肺、腎、肝臟和大腦，并通過模仿人體循環(huán)系統(tǒng)的通道連接起來，通過這些通道可以泵送新藥物。它使用正電子發(fā)射斷層掃描 (PET) 掃描生成詳細的 3D 圖像，顯示微小器官內(nèi)部的情況。該設(shè)備的發(fā)明者利亞姆·卡爾 (Liam Carr) 表示：“PET圖像使我們能夠確保正在測試的新藥物均勻流動。”

PET 掃描涉及將微量放射性化合物注入芯片中，將信號傳輸?shù)綐O其靈敏的相機，使科學(xué)家能夠更好地評估新藥的效果。

卡爾說：“該設(shè)備是第一個專門為測量藥物分布而設(shè)計的設(shè)備，其流量均勻，并配有足夠大的器官隔室，可以對藥物吸收進行采樣以進行數(shù)學(xué)建模。從本質(zhì)上講，讓我們能夠看到新藥物進入體內(nèi)的位置以及它在那里停留的時間，而無需使用人類或動物來測試它。該平臺完全靈活，可以成為研究各種人類疾病的寶貴工具，例如癌癥、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病和免疫疾病。由于這種靈活性，其用途僅受這些細胞模型的可用性以及我們能想到的科學(xué)問題的限制。例如，我們可以在設(shè)備中建立一個脂肪肝疾病模型，并用它來了解患病的肝臟如何影響其他器官，如心臟、大腦、腎臟等，甚至可以結(jié)合多個患病的細胞模型來了解疾病如何影響健康。會互相干擾。”

△利亞姆·卡爾 (Liam Carr) 和他的主管阿德里亞娜·塔瓦雷斯 (Adriana Tavares) 正在使用“體外芯片”設(shè)備。攝影：默多·麥克勞德/衛(wèi)報

卡爾的導(dǎo)師、愛丁堡心血管科學(xué)中心 (CVS) 的阿德里安娜·塔瓦雷斯 (Adriana Tavares) 博士表示，在一個設(shè)備上將五個器官連接在一起將有助于科學(xué)家有效地研究一種新藥如何影響患者的整個身體。

塔瓦雷斯說道：“這是醫(yī)學(xué)研究中一個非常重要的領(lǐng)域，因為我們不斷了解到，傳統(tǒng)上被認為僅限于某個器官或系統(tǒng)的疾病可能會對其他遠離的器官或不同的相互連接系統(tǒng)產(chǎn)生多種影響。像身體芯片平臺這樣的設(shè)備對于揭示局部疾病的全身影響機制以及調(diào)查藥物的非靶效應(yīng)至關(guān)重要，這些效應(yīng)可能具有治療上的用處，也可能有害。這種設(shè)備顯示出減少全球用于測試藥物和其他化合物的大量動物的巨大潛力，特別是在早期階段，僅有2%的化合物能夠通過觀測管路。”

Tavares表示，除了在早期藥物開發(fā)中消除使用動物的需要之外，還有其他好處。他說：“這種非動物方法可以顯著降低藥物發(fā)現(xiàn)的成本，加速藥物進入臨床應(yīng)用，并通過使用更符合人類生物學(xué)特征的模型，改善我們對人類疾病的系統(tǒng)效應(yīng)的理解?！?/div>

這款體外芯片設(shè)備是通過國家替代、改進和減少動物實驗中心（NC3Rs）和聯(lián)合利華共同資助的博士生獎學(xué)金項目開發(fā)的。

愛丁堡大學(xué)商業(yè)化部門愛丁堡創(chuàng)新中心的 Susan Bodie 博士說道：“我們很高興能夠支持利亞姆和CVS團隊開發(fā)這個體外芯片，并期待看到這種新型設(shè)備對未來新化合物和藥物的測試和研發(fā)產(chǎn)生的影響。”