藥物工作者的福音！新型生物芯片技術助力藥物研發(fā)
新藥的上市 ， 真的經(jīng)歷了九九八十一難 ， 從使用體內(nèi)模型進行的臨床前研究 ， 再經(jīng)過漫長的三期臨床試驗 ， 藥物開發(fā)的成本成倍增加 。 除了增加經(jīng)濟負擔外 ， 在三期臨床試驗階段 ， 由于體外實驗的不可預測性 ， 導致藥物吸收、排泄等問題 ， 因此淘汰了許多具有潛在療效的化合物 ， 實在是可惜 。 為了提高臨床前體外試驗的可預測性 ， 目前制藥公司實施復雜的3D生物學系統(tǒng) ， 例如多細胞球體和類器官技術 ， 模仿人類病理、生理學 ， 以盡早剔除不合適的藥物 ， 縮短藥物研發(fā)的周期 ， 減少成本 。
近日 ， 來自
澳大利亞維也納科技大學
的Mario Rothbauer和PeterErtl課題組研究人員在《Advancedscience》上發(fā)表了題為“AMicrofluidic Multisize Spheroid Array for Multiparametric Screening ofAnticancer Drugs and Blood–Brain Barrier Transport Properties”的研究成果 。
該研究
建立一種微流體平臺可用于生產(chǎn)和測量復雜的多尺寸球體 ， 加速先進的體外模型的優(yōu)化和篩選方案 ， 并最終提高基礎和臨床前生物醫(yī)學研究的預測準確性的兼容性、可用性和通量 。
本文插圖
為了評估特定的幾何特征是否能精確控制可重復、大小一致的單個多細胞球體的形成 ， 研究人員確定了多種尺寸 ， 對各種孔狀和幾何形狀進行了研究 。 通過基于“微透鏡”的光學特征 ， 透明的半球形微孔設計非常適合在微流體球體陣列中形成特定的大小、幾何特征以及相似位置的球體 。
本文插圖
微流體球體陣列
研究人員利用微流體多尺寸球體陣列的自動傾斜運動 ， 通過重力誘導的雙向流體循環(huán)來實現(xiàn)細胞培養(yǎng)基的供應和連續(xù)灌注 。 這種無泵流動策略的優(yōu)點是：1）可通過改變傾斜角度和速度來調(diào)整流量曲線；2）可減少氣泡的形成；3）可模擬血液循環(huán)的特性 。 由于重力驅(qū)動的灌注可導致微通道內(nèi)的流速分布快速變化 ， 研究人員在每個介質(zhì)容器下方還嵌入了限流器 ， 以增加微流體通道的水力阻力 ， 從而被動地控制流速 。 無泵重力驅(qū)動的流動能夠調(diào)整空腔和橢球內(nèi)部的流速 ， 這最佳細胞培養(yǎng)條件所必需的 。
本文插圖
重力誘導的雙向流體循環(huán)
由于組織類型和生長的差異可能導致多個球狀細胞系培養(yǎng)物之間的評估不一致 ， 因此密度對于描述球狀體大小和細胞生長至關重要 。 結果顯示 ， 通過改變初始細胞接種密度 ， 可以準確地形成多種球體尺寸 ， 使用微流控多尺寸球體陣列可以輕松評估細胞系特異的生長差異 。 并且 ， 微流體球體陣列系統(tǒng)能對關鍵的球體參數(shù)（如形態(tài)、代謝活性和低氧）進行多參數(shù)預篩選 ， 從而最終揭示出細胞類型、球體大小和特定時間的差異 。
本文插圖
微流控陣列中球體培養(yǎng)過程中的形態(tài)、細胞內(nèi)酯酶活性和缺氧情況
隨后 ， 研究人員發(fā)現(xiàn)球體的尺寸與藥物組織擴散和抗癌性相關 。 并且 ， BBB球體芯片模型可作為一種新型的細胞培養(yǎng)工具 。
簡而言之 ， 該研究建立的微流體平臺作為一種新型的芯片技術 ， 可用于生產(chǎn)和測量復雜的球體 ， 加速體外模型的優(yōu)化和篩選方案 ， 并最終提高基礎和臨床前生物醫(yī)學研究的預測準確性的兼容性、可用性和通量 。 該系統(tǒng)非常適合用于藥物研究 ， 研究人員表示已經(jīng)在申請專利 ， 并且與多家制藥公司進行洽談 。
End
參考資料：
[1]https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202004856
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