在制藥行業(yè)，新療法的開發(fā)需要經(jīng)過一系列長期的測試和嚴格的政府審查。從理論到藥物批準的漫長歷程充滿了挑戰(zhàn)。其中最大的挑戰(zhàn)無疑是目前的測試方法，即在進行人體試驗之前先進行動物實驗。除了面臨倫理方面的批評外，在不同生物體上測試藥物也存在差異。即便如此，最新數(shù)據(jù)顯示，僅在美國，每年就有超過1.1億只動物在實驗室中被處死。

3D打印的器官芯片，圖片來自：Alex Parrish/弗吉尼亞理工大學

那么我們能做些什么呢？事實上，美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）最近宣布撥款180萬美元用于一個項目，旨在開發(fā)解決方案，終止這種類型的測試。該團隊匯集了來自佐治亞理工學院、弗吉尼亞理工學院和哈佛醫(yī)學院等多家機構(gòu)的專家，并由3D打印微流體公司Phase Inc.的聯(lián)合創(chuàng)始人Jeff Schultz領(lǐng)導。

“芯片器官”是如何產(chǎn)生的？

事實上，所有團隊成員已經(jīng)在這一研究領(lǐng)域合作多年。從現(xiàn)在開始，他們將結(jié)合自己的專業(yè)知識和Phase Inc.的3D打印技術(shù)來克服剩余的挑戰(zhàn)。這種創(chuàng)新方法利用了器官芯片技術(shù)，其中由微流體制成的小型設(shè)備模擬人體器官的功能。通過在這些基于細胞的平臺上測試藥物，研究人員可以獲得有關(guān)藥物在人體中如何發(fā)揮作用的更準確、更可靠的數(shù)據(jù)。

藥物研發(fā)中最重要的障礙之一是血腦屏障，這是一種由血管和組織組成的復雜網(wǎng)絡(luò)，它只允許水和氧氣等必需物質(zhì)通過，同時阻止有害物質(zhì)通過，從而保護大腦。很多有前途的藥物在臨床試驗中失敗，因為它們無法跨越這一屏障。

該團隊的關(guān)鍵成員Rafael Davalos強調(diào)了這一挑戰(zhàn)：“臨床試驗中治療失敗的原因是它們無法穿過血腦屏障?，F(xiàn)實情況是，實驗室制造的設(shè)備不起作用，它們允許過多物質(zhì)通過。這給出了分子可以通過的錯誤信息，當你進入臨床試驗時，藥物會失效，因為人類大腦的情況沒有得到正確的復制?！睘榱私鉀Q這個問題，該團隊正在使用Phase公司專有的3D打印方法，以前所未有的精度開發(fā)微流體，創(chuàng)建血腦屏障和其他器官的真實模型。

Jeff Schultz（左）和Rafael Davalos（右），圖片來自：Phase Inc

Jeff Schultz在3D打印方面的專業(yè)知識對這個項目起到了重要作用。通過設(shè)計模擬人體靜脈曲率、大小和功能的微流體裝置，Schultz旨在復制人體的動態(tài)環(huán)境。這種方法可以更準確地進行藥物測試，比傳統(tǒng)的平面細胞培養(yǎng)方法更接近真實情況。

“我們正在構(gòu)建一種比其他微流體更真實地模擬人體幾何形狀的設(shè)備，”Schultz解釋道?！袄?D打印的設(shè)計自由度，我們可以制造出具有與人體相同的曲率、靜脈大小和功能的設(shè)備。我們可以放入類似于心臟的瓣膜，這些瓣膜可以適應(yīng)脈動的機械應(yīng)力。這讓我們有機會看到比細胞平放在培養(yǎng)皿中更接近現(xiàn)實的結(jié)果，這種結(jié)果在其他傳統(tǒng)的微流體設(shè)備中已經(jīng)實現(xiàn)，但尚未應(yīng)用于血腦屏障。”

通過創(chuàng)建這些合成模型，該團隊希望徹底改變藥物測試流程，提供一種比動物測試更可靠、更符合倫理、更人性化的替代方案。這可以實現(xiàn)更快、更安全、更有效的藥物開發(fā)，最終改善無數(shù)人的生活質(zhì)量。

在制藥行業(yè)，新療法的開發(fā)需要經(jīng)過一系列長期的測試和嚴格的政府審查。從理論到藥物批準的漫長歷程充滿了挑戰(zhàn)。其中最大的挑戰(zhàn)無疑是目前的測試方法，即在進行人體試驗之前先進行動物實驗。除了面臨倫理方面的批評外，在不同生物體上測試藥物也存在差異。即便如此，最新數(shù)據(jù)顯示，僅在美國，每年就有超過1.1億只動物在實驗室中被處死。

3D打印的器官芯片，圖片來自：Alex Parrish/弗吉尼亞理工大學

那么我們能做些什么呢？事實上，美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）最近宣布撥款180萬美元用于一個項目，旨在開發(fā)解決方案，終止這種類型的測試。該團隊匯集了來自佐治亞理工學院、弗吉尼亞理工學院和哈佛醫(yī)學院等多家機構(gòu)的專家，并由3D打印微流體公司Phase Inc.的聯(lián)合創(chuàng)始人Jeff Schultz領(lǐng)導。

“芯片器官”是如何產(chǎn)生的？

事實上，所有團隊成員已經(jīng)在這一研究領(lǐng)域合作多年。從現(xiàn)在開始，他們將結(jié)合自己的專業(yè)知識和Phase Inc.的3D打印技術(shù)來克服剩余的挑戰(zhàn)。這種創(chuàng)新方法利用了器官芯片技術(shù)，其中由微流體制成的小型設(shè)備模擬人體器官的功能。通過在這些基于細胞的平臺上測試藥物，研究人員可以獲得有關(guān)藥物在人體中如何發(fā)揮作用的更準確、更可靠的數(shù)據(jù)。

藥物研發(fā)中最重要的障礙之一是血腦屏障，這是一種由血管和組織組成的復雜網(wǎng)絡(luò)，它只允許水和氧氣等必需物質(zhì)通過，同時阻止有害物質(zhì)通過，從而保護大腦。很多有前途的藥物在臨床試驗中失敗，因為它們無法跨越這一屏障。

該團隊的關(guān)鍵成員Rafael Davalos強調(diào)了這一挑戰(zhàn)：“臨床試驗中治療失敗的原因是它們無法穿過血腦屏障?，F(xiàn)實情況是，實驗室制造的設(shè)備不起作用，它們允許過多物質(zhì)通過。這給出了分子可以通過的錯誤信息，當你進入臨床試驗時，藥物會失效，因為人類大腦的情況沒有得到正確的復制?！睘榱私鉀Q這個問題，該團隊正在使用Phase公司專有的3D打印方法，以前所未有的精度開發(fā)微流體，創(chuàng)建血腦屏障和其他器官的真實模型。

Jeff Schultz（左）和Rafael Davalos（右），圖片來自：Phase Inc

Jeff Schultz在3D打印方面的專業(yè)知識對這個項目起到了重要作用。通過設(shè)計模擬人體靜脈曲率、大小和功能的微流體裝置，Schultz旨在復制人體的動態(tài)環(huán)境。這種方法可以更準確地進行藥物測試，比傳統(tǒng)的平面細胞培養(yǎng)方法更接近真實情況。

“我們正在構(gòu)建一種比其他微流體更真實地模擬人體幾何形狀的設(shè)備，”Schultz解釋道?！袄?D打印的設(shè)計自由度，我們可以制造出具有與人體相同的曲率、靜脈大小和功能的設(shè)備。我們可以放入類似于心臟的瓣膜，這些瓣膜可以適應(yīng)脈動的機械應(yīng)力。這讓我們有機會看到比細胞平放在培養(yǎng)皿中更接近現(xiàn)實的結(jié)果，這種結(jié)果在其他傳統(tǒng)的微流體設(shè)備中已經(jīng)實現(xiàn)，但尚未應(yīng)用于血腦屏障。”

通過創(chuàng)建這些合成模型，該團隊希望徹底改變藥物測試流程，提供一種比動物測試更可靠、更符合倫理、更人性化的替代方案。這可以實現(xiàn)更快、更安全、更有效的藥物開發(fā)，最終改善無數(shù)人的生活質(zhì)量。