监测抗癌药物毒副作用的“体内芯片”装置

MEMS · 公众号 · · 2017-09-03 00:00

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京都大学日本综合细胞材料科学研究所(iCeMS)的研究人员设计了一种能够测试药物对人体细胞的副作用的小型“体内芯片”装置。该装置解决了当前类似的微流体装置的一些问题，并为下一代临床前药物测试提供了希望。

综合心脏/芯片癌(iHCC)用于测试抗癌药物多柔比星对心脏细胞的毒性。由iCeMS的Ken-iichiro Kamei领导的研究人员发现，虽然药物本身对心脏细胞无毒性，但与癌细胞相互作用产生的药物代谢物却有毒性。

该装置小于显微镜载玻片。它包含六个小区间;每两个通过微通道连接一系列入口和阀门。气动泵控制流体通过通道的运动。每两个房间及其独立的微通道系统构成一个测试台。设备中的三个测试床允许在每张床上引入微小的变化以同时比较结果。

该小组首先测试了多柔比星对小孔分离培养的心脏细胞和肝癌细胞的影响。该药物对癌细胞具有预期的抗癌作用，而不会对心脏细胞造成损害。

然后他们使用iHCC设备运行测试。将心脏细胞放置在一个室中，同时将肝癌细胞置于另一个室中。将阿霉素引入循环通过连接两个腔室的微通道的闭环系统的细胞培养基，模拟血液的循环系统。以这种方式，药物以连续的环路单向流过两个腔室。

该小组发现癌症和心脏细胞都有毒性迹象。他们假设，作为多柔比星与癌细胞相互作用的代谢副产物的化合物引起毒性作用。

为了测试这一点，他们将多柔比星添加到分别培养心脏细胞和肝癌细胞的小孔中。它对心脏细胞有毒性，但对癌细胞无毒性。

当单独的多柔比星加入到肝癌细胞中时，产生的副产物的量太小而不能对心脏细胞有毒性。该团队认为这是因为基于测试所需的细胞培养基的量会稀释代谢物。

相比之下，当将多柔比星引入iHCC时，当通过微通道循环系统移动时，代谢物不被稀释，因为需要较小体积的细胞培养物。因此，该药物通过其代谢物确实对心脏细胞具有毒性作用。

该设备需要进一步改进，但研究表明，如何在昂贵的临床试验之前将此设计概念用于研究抗癌药物对心脏细胞的毒副作用。该研究发表在皇家化学进步学会杂志上。