Heart-Breast Cancer-on-a-Chip开发监测化疗引起的心脏毒性

乳腺癌是女性最常见的癌症,在世界范围内,已在发展疗法来治疗这种疾病。在这些治疗,化疗已被证明是最有效的方法之一;但是,这些疗法中使用的药物有副作用,其中最严重的是心脏毒性。除了组织损伤心脏,乳腺癌化疗药物还会影响心脏的泵送能力或导致临床心力衰竭。

为了避免这些问题,正在努力监视病人的心脏正在接受化疗治疗乳腺癌和调整相应的治疗水平。当前的方法监测心脏包括使用超声心动图和其他成像程序,以及心脏的活检。但成像方法只能检测晚期,不可逆转心脏衰竭和活检是高度侵袭性和身体痛苦的病人。

有替代的监测系统,可以创建在实验室模拟体内发生了什么。这些organs-on-a-chip模型由一个硅晶片与隔间培养特定类型的人体组织。的车厢连接到微流体通道注入氧气和营养媒体和传播。组织细胞通常被称为生物标记到周围介质的分泌分子,他们的健康和功能的良好指标。这些生物标志物的水平可以衡量,以确定组织的状况。

最近,方法已成功地创建简单的系统来监控从乳腺癌药物心脏毒性在选定的病人,但是,到目前为止,很少有试图产生这样一个系统在更大,更全面和可靠的模型。

一个协作的团队,其中包括一组从寺崎生物医学研究所的创新,开发了一个organs-on-a-chip系统更广泛的检查乳腺癌的反应和心脏组织治疗乳腺癌的药物。为他们的系统,他们选择来衡量两个心脏生物标记物是由健康的心脏细胞和生物标志物是由积极增长的乳腺癌细胞。包括在研究健康和人工测试受损的心脏组织,反映的可能心脏病前乳腺癌患者化疗。他们还设计了功能添加到系统来增强其功能。

团队设计了一个芯片系统,两个单独的隔间用于乳腺癌的组织培养,健康或人工受损的心脏组织;这些车厢连接的通道,允许它们之间的自由流动的液体。更紧密地复制本机身体组织的机械性能,组织文化是由封闭的微小球状体心或乳腺癌细胞在凝胶状的物质。预先确定的控制芯片的循环射流系统确保组织获得氧气,营养媒体和化疗药物输送。

“这项工作建立了一个重要的模型从乳腺癌化疗监测心脏毒性,”第一作者Junmin Lee说,博士,寺崎研究所的研究团队的一部分。“我们成功创建了心脏和乳腺癌组织密切模仿的身体组织,我们开发了一个改进的传感装置和药物输送系统;这些都是里程碑organs-on-a-chip技术。”

相比与单舱模型与心脏或乳腺癌组织,发现与心脏组织积极增长的乳腺癌组织沟通减少健康的心脏生物标记物的水平比单片机系统。此外,双芯片系统提供证据表明,乳腺癌细胞的生物分泌的影响不仅通过药物治疗,而是由他们的交互与心脏组织不同程度的损害。这表明,心脏病和乳腺癌组织之间的相互作用有重要影响指标的细胞功能和疾病进展。

虽然没有明确的结论可以在pre-damaged心脏组织是否更容易心脏损伤暴露在乳腺癌的药物,结果表明,在健康的心脏组织,交付的乳腺癌药物导致减少细胞增长和分泌健康的心脏生物标记的药物。

可以进行进一步的试验来探索使用该模型进行检测和预测化疗药物心脏毒性。模型可以扩展到包括观察组织培养在一个长期的基础上,对额外的生物标记,使用组织来自几个病人和测试模型的测量,non-biomarker心脏损伤的指标(电气和收缩功能,例如)。未来可能会增加肝组织组件到芯片和系统的可伸缩性的考虑与身体系统。

“这些努力奠定重要的基础,可以为未来的应用铺平道路在疾病建模中,”阿里Khademhosseini说,博士,董事和首席执行官寺崎研究所。“个性化生理的平台,我们有我们的研究所是一个许多车辆,我们把个性化医疗的现实世界。”

参考:李J, Mehrotra年代,Zare-Eelanjegh E, et al。heart-breast cancer-on-a-chip疾病建模和监测平台毒性引起的癌症化疗。小。2020,2004258。doi:10.1002 / smll.202004258

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