相傳,"藥王神"神農(nóng)氏為了給老百姓消災(zāi)祛病,,決心嘗百草,,定藥性。神農(nóng)氏遍嘗百草,,多次中毒,最終因嘗試斷腸草而離世,。不要以為這種事情只發(fā)生在神話里,,大名鼎鼎的Barry Marshall干過更"出格"的事情。Marshall為了研究幽門螺旋桿菌的致病性,,竟一口氣喝下一試管的幽門螺旋桿菌,。最終,5天之后,,他的目的達(dá)到了,,差點(diǎn)因此病死。后來,,他因?yàn)檠芯坑拈T螺旋桿菌的貢獻(xiàn),,獲得了2005年的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
那些Marshall們之所以"舍得一身剮,喝毒試藥連眼睛都不眨",,就是因?yàn)槟莻€(gè)時(shí)候技術(shù)落后,,或者沒有合適的研究模型。后來,,由于以身試毒實(shí)在是太危險(xiǎn),,就抓來小白鼠啊、猴子啊等,,讓它們?nèi)ロ敯?quot;嘗百藥",。同時(shí),為了研究新藥對(duì)人體的影響,,科學(xué)家開始在培養(yǎng)皿里培養(yǎng)人體細(xì)胞,,看看這些新藥對(duì)人體細(xì)胞是不是有毒副作用。那些新藥只有過了這兩關(guān),,才可以進(jìn)入人體臨床試驗(yàn),。
但是小鼠和人類離體細(xì)胞并不能替人類把好試藥的大門。據(jù)統(tǒng)計(jì),,進(jìn)入臨床試驗(yàn)的新藥,,通過臨床I期和III期的概率約為60%,通過臨床II期的概率僅為30%,,這樣一來能夠順利通過三期臨床試驗(yàn)的藥物僅有10.8%,。那些在臨床上被KO掉的新藥,主要是因?yàn)榀熜Р缓?,甚至是?duì)人體有毒副作用,。
90%的新藥都要被KO掉,這是多么巨大的浪費(fèi),。據(jù)統(tǒng)計(jì),,現(xiàn)在一種新藥面市,平均研發(fā)費(fèi)用竟高達(dá)10億美元,,歷時(shí)長(zhǎng)達(dá)8-14年,。必須找到一種更加迅速、有效的臨床前實(shí)驗(yàn)方法,縮短藥物研發(fā)周期,,降低研發(fā)費(fèi)用,。
人體器官芯片研發(fā)計(jì)劃
為了解決這一難題,2012年美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究中心(NIH),、美國(guó)食品和藥物管理局(FDA)和美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)聯(lián)合發(fā)起"organs-on-chips"(人體器官芯片)的研發(fā)工作,,計(jì)劃投入7500萬美元。
再來看看參與研發(fā)團(tuán)隊(duì)的陣容:哥倫比亞大學(xué),、康奈爾大學(xué)、杜克大學(xué)、哈佛大學(xué),、霍普金斯大學(xué),、麻省理工大學(xué)、威斯康星大學(xué),、加州大學(xué),、華盛頓大學(xué)、范德堡大學(xué),、德克薩斯大學(xué),、匹茲堡大學(xué)、賓夕法尼亞大學(xué)等十余所美國(guó)高校,。
這個(gè)"organs-on-chips"到底是個(gè)什么技術(shù),,竟?fàn)縿?dòng)了這么多頂級(jí)機(jī)構(gòu)的心?
下面我們就拿走在前沿的哈佛大學(xué)Wyss研究所的創(chuàng)新性工作,,詳解"organs-on-chips"技術(shù),。
在新藥的臨床前實(shí)驗(yàn)中,使用小白鼠模型能夠了解新藥對(duì)整體的影響,,但不能很好的反應(yīng)新藥對(duì)人體的影響,;使用體外培養(yǎng)的人體細(xì)胞,能夠了解新藥對(duì)人體的影響,,卻又缺乏整體的把握,。因此,早在10多年前,,康奈爾大學(xué)的Mike Shuler首次提出了,,用人體不同器官的細(xì)胞在芯片上構(gòu)建人體組織,模擬人體環(huán)境的設(shè)想,。
以Wyss研究所開發(fā)的肺芯片,,詳解芯片的基本結(jié)構(gòu)
Wyss研究所使用了制作計(jì)算機(jī)芯片的技術(shù),將活的人體器官細(xì)胞植入到芯片上,,同時(shí)芯片可以模擬細(xì)胞在人體內(nèi)的環(huán)境,。在芯片的槽道中有三個(gè)并列的流體通道,兩邊的通道是真空通道,,中間的通道是植入細(xì)胞的通道,。