具有器官特异性组织模型的生物芯片用于先进的药物筛选

通过|2021年5月26日,

一种新的生物芯片可以快速评估抗癌药物的毒性和穿透先进的血脑屏障模型。

生物芯片技术由屠呦呦研发。资料来源:维也纳理工大学

在药物研究中,小组织球被用作可重复试验的微型器官模型。TU Wien找到了一种为这些组织样本建立可靠标准的方法。

在药物进行临床试验之前,它们必须通过动物实验或最近的人工组织样本进行测试。为此目的,培养细胞,并制造直径小于一毫米的微小球体。然而,问题是这些组织样本没有统一的标准,也没有可靠的方法生产出统一大小和形状的组织样本。因此,由于组织大小直接影响细胞和药物的行为,不同实验室的结果很难相互比较。

TU Wien的一项发明现在可以解决这个问题:一种生物芯片已经被开发出来,它可以精确地制造出所需大小的组织珠,并通过一个细通道为它们提供营养甚至药物。这种新的生物芯片技术已经申请了专利。

更好的临床前研究

“在临床前研究中,药物在应用于测试对象之前,要在小的组织样本上进行测试,以便尽可能地了解它们,”彼得·埃尔特尔教授的研究小组的博士生Christoph Eilenberger说。以更高的精度开展这些研究意味着更快、更可靠地迈出下一步。

这些研究的最大科学准确性不仅可以节省大量资金,还可以在生产可销售药物的漫长道路上节省大量时间。明确定义的组织样本在其他研究领域也是不可或缺的——例如,在研究肿瘤细胞的发育时,或在确保食品或化妆品的安全时。

标准化尺寸和形状

“在所有这些研究中,样本的大小是一个关键因素,”应用合成化学研究所的博士后马里奥·罗斯鲍尔(Mario Rothbauer)说。“如果组织只由几个细胞组成,那么所有细胞的环境条件实际上是相同的。对于直径稍大的组织球体,差异开始发挥更大的作用,例如,当某些化学物质的浓度在各地不相同时。”因此,只有精确地标准化组织样本的大小和形状,实验才具有可比性。

德国维恩理工大学的研究小组通过多次实验研究了如何最好地做到这一点:“我们在我们的生物芯片中创造了不同大小和几何形状的腔体——圆柱体、椭圆形、球形片段。它们以非常不同的方式影响组织生长。”事实证明,曲率半径是至关重要的;锋利的边缘是一个缺点。

最终,直径在0.1毫米到1毫米之间的半球形细胞容器获得了成功。我们使用了通常用于光学实验的微透镜,”Ertl说。

整个系列的这些半球被应用到生物芯片上并植入细胞。通过一个精密的细管系统,例如,可以确保不同的腔提供不同浓度的药物。这在仅仅几平方厘米的面积上创造了一个精确定义的、标准化的实验环境。

适用于工业

新系统用不同类型的细胞进行了测试:“在一项实验中,我们创建了一个人工血脑屏障。在另一项研究中,我们测试了一种抗癌药物的有效性。“这使我们能够表明,我们的芯片在典型的临床前测试中表现良好。”这种生物芯片目前正在著名的哈佛医学院使用,Eilenberger在那里花时间在国外研究开发出的肿瘤耐药性细胞到乳腺癌药物。该芯片有助于标准化和更高效地复制患者的特定肿瘤环境,以做出靶向治疗反应和预测复发风险。

新方法的设计从一开始就是为了工业适用性:实验可以自动化,芯片可以组合和堆叠,在短时间内生产和测试大量球形细胞样本。“该系统非常适合用于制药研究,”马里奥·罗斯鲍尔确信,“这就是为什么我们已经为我们的想法申请了专利,我们已经在与制药行业对我们的新技术非常感兴趣的不同公司进行谈判。”

参考文献:Christoph Eilenberger等人,用于抗癌药物多参数筛选和血脑屏障传输特性的微流控多尺度球形阵列,《高级科学》(2021年)。DOI: 10.1002 / advs.202004856

由维也纳理工大学提供的新闻稿