來源：科技日報     

美國加州大學(xué)伯克利分校生物工程師正在開發(fā)一種先進(jìn)的“心臟芯片”（heart-on-a-chip）。目前，他們的芯片是一個裝在1英寸長的硅樹脂上的搏動心肌細(xì)胞網(wǎng)，也是一個實際上的人類心臟組織的模型。 經(jīng)心血管藥物測試證明，可作為一種藥物篩選工具。這種器官芯片代表人們在開發(fā)精準(zhǔn)、快速藥物毒性測 試方法上邁出了重要一步。相關(guān)論文發(fā)表在近日的《科學(xué)報告》雜志上。


據(jù)每日科學(xué)網(wǎng)站近日報道，該項目由生物工程教授凱文海利負(fù)責(zé)，旨在開發(fā)能模擬人體器官結(jié)構(gòu)與功能的3-D人體組織芯片。“這些芯片最終將取代動物用于安全有效的藥物篩選?！焙＠f。

用動物模型來預(yù)測人類對新藥的反應(yīng)，失敗率很高，主要原因是物種間的根本生理差異。如人類和其它動物心臟細(xì)胞導(dǎo)電的離子通道，在數(shù)量和類型上都有很大不同。海利說：“以這些通道為標(biāo)靶的心血管藥物，往往由于這些差異而無效。開發(fā)一種藥物平均要花費50億美元，而其中60%用于前期的研發(fā)成本。一種良好的人體器官模型將大大節(jié)省把一種新藥推進(jìn)市場的成本和時間?！?br />
 

 
研究人員設(shè)計的“心臟芯片”是一種心臟微生理學(xué)系統(tǒng)，其三維結(jié)構(gòu)能和人類心臟的形狀結(jié)構(gòu)及結(jié)締組織纖維間隔相媲美。在裝載區(qū)（loading area）加入不同的心臟細(xì)胞（來自人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞），24小時內(nèi)，它們開始以正常節(jié)律跳動，每分鐘55次至80次，這是正常成人的心律基準(zhǔn)。在血管模型細(xì)胞區(qū)兩邊的微流通道，能模擬營養(yǎng)和藥物在人體組織的交換。將來，還能監(jiān)控細(xì)胞是怎樣清除內(nèi)部的代謝廢物。 

“這不是一個簡單的細(xì)胞培養(yǎng)器，把組織浸入靜止的液體中，”論文第一作者、海利實驗室博士后阿努拉格馬修說，“我們設(shè)計的這一系統(tǒng)是動態(tài)的，它實際上復(fù)制了我們體內(nèi)的組織，并曝露在營養(yǎng)和藥物中?！?nbsp;

研究人員用4種已知的心血管藥物：異丙腎上腺素、E-4031、維拉帕米和美托洛爾對該系統(tǒng)進(jìn)行了測試，根據(jù)心律變化來檢測它們對藥物的反應(yīng)。比如異丙腎上腺素是治療心動過緩的，半小時后能使心律從每分鐘55次增加到124次。 

研究人員指出，人工心臟組織的活性和功能可以保持幾周，在這段時間里，可用它測試多種藥物。這種心臟芯片調(diào)整后還能模擬人類遺傳疾病、篩查個人對藥物的反應(yīng)。他們還在研究該系統(tǒng)能否模擬多器官的相互作用。 

“如果把心臟和肝臟組織連接起來，我們就能確定是否一種藥物一開始在心臟效果很好，卻在經(jīng)肝臟代謝以后變得有毒。”海利說。