杰拉尔丁汉密尔顿描述,organs-on-chips房地产活细胞功能芯片,使用计算机芯片制造行业的技术,可以模拟过程在体内如蠕动,呼吸,和感染。
organs-on-chips的承诺
目前不超过的利基市场organ-on-a-chip领域在2016年7.5美元,估计看到快速增长达到2022美元——117美元(2017年版- Yole开发署)。也许最有前途的应用这些模型是他们可以在药物发现和开发过程中所扮演的角色。
使这一地区的发展,NCATS对药物筛选项目的组织芯片2012年启动,旨在提高药物发现过程通过开发人体组织芯片提供更准确表示人体器官。希望这些模型将导致更精确的检测毒性或功效问题和减少药物在人体临床试验失败。
作为这个项目的一部分,来自西北大学的一组科学家最近开发的EVATAR, 3 d organ-on-chip女性生殖系统的模型,它可以模拟正常的28天荷尔蒙周期。由卵巢、输卵管、子宫、子宫颈和肝脏,EVATAR为研究药物的影响提供了一个平台和学习更多关于子宫内膜异位和宫颈癌等疾病。希望巴掌大小的模型可以帮助促进妇女的健康和生育能力。
以及使研究人员可以研究药物对女性的影响,EVATAR可以扮演一个角色在个性化的癌症治疗的未来。
“我们可以研究人类肿瘤在EVATAR等系统,在女人的身体之外,对待他们长期用激素和/或药物并测量特定的端点。这个系统可以用于预测肿瘤如何应对特定的治疗方法和确定生物标志物可能获益的女人是如何对待在更个性化的方式“j·朱莉·金博士解释说,苏西y挂妇产科副教授,西北大学。
EVATAR只是一个例子的巨大影响organs-on-chips可能对未来的药物发现,疾病研究和个性化医疗。在过去的几年里,Wyss研究所的发展发挥了关键作用的一系列其他器官模型,其中包括一个airway-on-a-chip研究肺部的慢性疾病,和bone-marrow-on-a-chip制造血细胞。
创建organs-on-chips的挑战
尽管伟大的承诺,建立一个organ-on-a-chip系统不是一个简单的过程,与一些障碍被克服。“挑战包括复制架构复杂的人体组织和器官在体外小型化的方式,以及如何将它们链接在正确的格式(安排)互连系统也概括人体组织/器官的相互作用,”Yu博士解释了伯劳鸟张老师的医学和生物联系起来,哈佛医学院。
Zhang博士和来自布莱根妇女医院的一组科学家正在努力克服这一挑战的发展模块化平台允许容易重排不同器官的模块通过一个中央射流控制电路试验板系统。这提供了潜在organ-on-chips的扩大使用范围的应用程序,包括药物筛选和毒性研究。
面临进一步的障碍在试图描述的行为organs-on-chips平台,“尤其是当实时需要重复测量,如在监测慢性药物影响,”Zhang博士说。
在最近出版的工作、完整的传感器集成到一个organ-on-a-chip系统首次展示。“我们能够构建光学(mini-microscopy)、物理(pH值、氧气、温度),和生化(可溶性生物标志物)传感器到微流体能够执行自动化,原位、在线连续测量各种参数,否则是不可能监控与传统独立的器官在芯片系统,”Zhang博士描述了。
这些创新可以大大提高监控的长期反应的能力organ-on-a-chip疾病模型和药物的影响。
克服监管障碍
创建和使用organs-on-chips以及挑战,问题也会发生他们收养,验证被视为最大的一个障碍。专家Pharmaco-Toxicologist,临床试验单位,MHRA, David Jones博士描述了“这些模型考虑到巨大的潜力,像我这样的监管机构相信这是至关重要的,我们一起工作人员和行业的开发和验证过程,因为这对监管机构和行业都提出了一种新的挑战。“希望这些合作将有助于缓解这些模型的广泛应用。
未来
Organs-on-chips可能为个性化医学的未来奠定基础的集成patient-derived细胞进入设备。“我们的实验室已经迈向这一目标通过整合来自人体的细胞传感器嵌organs-on-chips系统希望实现的,有一天,个性化精密医学在未来,”Zhang博士说。
与持续发展,他们也可以减少使用动物的关键在药效学和药代动力学研究,以及毒理学研究。“总有一天,我相信,是一个关键的角色organ-on-chip模型来提高器官毒性的预测债务,通过生物标志物调查支持机械的理解在生理上更相关的测试系统,并提供一个基础比较毒理学临床测试物种和病人之间,”David Jones博士说。
所以,这将最终完全消除动物模型的必要性?
“鉴于器官功能的复杂性和监管要求,不太可能organ-on-chip将替代目前的动物模型建立关键安全评估测试很快范式。然而,数据从他们可以通知并添加信息获得的这些关键的安全性研究,特别是在调查意想不到的影响见过动物或在诊所,”David Jones博士解释道。
尽管如此仍需要动物模型,似乎更多的采用organ-on-chip模型随着时间的推移,可能会导致一个平行的使用量在减少动物性化验的应用程序。
在持续努力燃料organ-on-a-chip技术未来发展的下一阶段NCATS对药物筛选项目的组织芯片在2016年底公布,1350万美元的资金被疾病模型提供组织芯片和有效性测试计划。这将使生理相关人类疾病模型的进一步创造使用组织芯片技术。最终目标是创建一个集成的human-on-a-chip,这将彻底改变药物发现和个性化的医学领域。
