这样的系统可以揭示例如，旨在治疗一个器官的药物是否会对另一种器官产生不利影响。“这些影响中的一些确实很难从动物模型中预测，因为导致它们的情况是特质的，”工程学创新教授，生物工程和机械工程学教授，也是其中的一项。该研究的高级作者。“借助我们的芯片，您可以分发药物，然后寻找对其他组织的影响，并测量暴露以及如何代谢。”
这些芯片也可用于评估抗体药物和其他免疫疗法，这些药物很难在动物中进行彻底检测，因为它们旨在与人类免疫系统相互作用。
MIT机械工程学教授David Trumper和生物工程系的研究科学家Murat Cirit也是该论文的高级作者，该论文出现在《科学报告》杂志上。该论文的主要作者是前麻省理工学院博士后Collin Edington和Wen Li Kelly Chen。
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建模器官
在开发新药时，研究人员会根据他们对疾病生物学的了解，然后创建影响这些靶标的化合物。格里菲斯说，在人类测试开始之前，动物进行的临床前测试可以提供有关药物的安全性和有效性的信息，但这些测试可能不会揭示潜在的副作用。此外，在人类试验中，在动物中起作用的药物常常失败。格里菲斯说：“动物并不代表您开发药物并了解疾病所需的所有方面的人。”“随着我们看着各种药物，这变得越来越明显。”
并发症也可能是由于各个患者之间的可变性，包括其遗传背景，环境影响，生活方式和其他可能服用的药物。格里菲斯说：“很多时候，您看不到药物的问题，尤其是可能被广泛规定的问题，直到它投放市场为止。”
作为由国防高级研究项目局（DARPA）率领的项目的一部分，格里菲斯和她的同事决定采用他们称为“芯片上的生理学”的技术，他们认为这可以为潜在的药物效应提供更多模型准确，快速。为了实现这一目标，研究人员需要新设备 - 一个可以使组织相互生长和相互作用的平台以及可以准确模仿人体器官功能的工程组织。
在启动该项目之前，没有人能成功连接平台上的几种不同的组织类型。此外，大多数从事此类芯片的研究人员正在使用封闭的微流体系统，这些系统使流体可以流入和流出，但不能提供一种轻松的方法来操纵芯片内部发生的事情。这些系统还需要外部泵。
麻省理工学院团队决定创建一个开放系统，该系统基本上可以删除盖子，并更容易操纵系统并删除样品进行分析。他们的系统适应了他们以前通过基于英国的CN生物促进的技术，还结合了几个可以控制“器官”之间液体流动的机载泵，复制了血液，免疫细胞和蛋白质的循环。人类的身体。这些泵还允许评估更大的工程组织，例如器官内的肿瘤。
复杂的相互作用
研究人员创建了几个版本的芯片，最多可连接10种器官：肝脏，肺，肠道，子宫内膜，大脑，心脏，胰腺，肾脏，肾脏，皮肤和骨骼肌。每个“器官”由100万到200万细胞组成。这些组织不会复制整个器官，但它们确实执行了许多重要功能。值得注意的是，大多数组织直接来自患者样品，而不是从已开发用于实验室使用的细胞系。格里菲斯说，这些所谓的“主要细胞”更难使用，但提供了更具代表性的器官功能模型。
研究人员使用该系统表明，他们可以将药物输送到胃肠道组织，模仿口服药物，然后在将药物运输到其他组织并代谢时观察。他们可以测量药物的去向，药物对不同组织的影响以及如何分解药物。在相关出版物中，研究人员通过使胃肠道“漏水”来建模药物如何对肝脏产生意外压力，从而使细菌进入血液并在肝脏中产生炎症。
加利福尼亚大学伯克利分校的生物工程与材料科学与工程学教授凯文·希利（Kevin Healy）表示，这种系统具有准确预测复杂不良药物反应的巨大潜力。“虽然具有单器官的微生物生理系统（MPS）在药物测试和基本器官水平研究中都可以很好地使用，但通过在体外药理学集成系统中连接多个器官芯片，MPS技术的巨大潜力得到了揭示。这项研究很好地说明了多MP的“芯片生理学”方法，该方法将人类细胞的遗传背景与生理相关的组织到媒体量结合在一起，可以准确预测药物药代动力学和药物吸收，分布，代谢，代谢并排泄。”没有参与研究的希利说。
格里菲斯（Griffith）认为，该技术最直接的应用涉及对两到四个器官进行建模。她的实验室现在正在开发一个用于帕金森氏病的模型系统，其中包括大脑，肝脏和胃肠道组织，她计划使用该系统来研究肠道中发现的细菌可能影响帕金森氏病的发展的假设。
她说，其他应用包括对转移到身体其他部位的肿瘤进行建模。格里菲斯说：“我们平台的一个优点是，我们可以将其扩展或向下缩放并适应许多不同的配置。”“I think the field is going to go through a transition where we start to get more information out of a three-organ or four-organ system, and it will start to become cost-competitive because the information you’re getting is so much more valuable.”
资源：麻省理工学院
