仿真人體器官芯片將用于臨床前試驗(yàn)

一直以來(lái)新藥研發(fā)篩選和試驗(yàn)都是一個(gè)耗資耗時(shí)的工程，通過(guò)海量篩選、臨床前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)才能制篩選出具有運(yùn)用前景化合物或蛋白質(zhì)藥物。在這過(guò)程中，從體外細(xì)胞篩選再到動(dòng)物模型試驗(yàn)，如果這些化合物能達(dá)到預(yù)期的藥效并對(duì)動(dòng)物顯示安全耐受。那么這些藥物候選物就可以進(jìn)入臨床試驗(yàn)，然后通過(guò)觀察這些藥物在人身上的安全性、療效作用及最適使用劑量。但是，往往一些藥物在動(dòng)物模型上顯示安全有效，但在臨床試驗(yàn)中遇到阻礙。這說(shuō)明這些藥物候選物雖然在臨床前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示安全有效，但對(duì)其后期的開(kāi)發(fā)（臨床試驗(yàn)）沒(méi)有準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)能力。

最近一次會(huì)議召集了微觀生理學(xué)領(lǐng)域、干細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域的專(zhuān)家和一些政府和監(jiān)管機(jī)構(gòu)的領(lǐng)導(dǎo)。這些人聚在一起討論了"仿真人體器官芯片"作為臨床前對(duì)候選藥物在人體的療效性和安全性檢測(cè)的潛在發(fā)展前景和效用。

計(jì)算機(jī)的微芯片由硅樹(shù)脂材料打造而成，而芯片仿真人體器官也建造于這樣的材料之上：科學(xué)向經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)蝕刻打造的模具中澆筑液態(tài)硅膠，模具上有很多槽道，因此硅樹(shù)脂芯片上也就多了很多槽道。在這些槽道里，科學(xué)家安置培育了很多人體細(xì)胞。這些細(xì)胞從槽道的底部生長(zhǎng)，而培養(yǎng)液則會(huì)在槽道中流動(dòng)以便為細(xì)胞輸送營(yíng)養(yǎng)。于是，科學(xué)家就可以在培養(yǎng)液中加入等待測(cè)試的新藥或者其他物質(zhì)，觀察其與細(xì)胞結(jié)合之后的情況。

在美國(guó)，ncats，fda，dtra和歐洲的hdmt都認(rèn)為這個(gè)系統(tǒng)具有運(yùn)用潛力和開(kāi)發(fā)前景。它能給藥物、生物制劑和納米治療提供更好、更直接的臨床前試驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑥亩鼫?zhǔn)確地判斷對(duì)人的療效和安全性。

為什么說(shuō)“人體芯片系統(tǒng)”是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的終結(jié)者？

美國(guó)應(yīng)用數(shù)據(jù)公司即將進(jìn)行人體芯片實(shí)驗(yàn)的消息公布后，立即招來(lái)非議。人權(quán)組織擔(dān)心此舉會(huì)“侵犯?jìng)€(gè)人隱私”。因?yàn)橹踩肓嗽撔酒娜藷o(wú)論走到哪里，都會(huì)受到GPS系統(tǒng)的監(jiān)視，其個(gè)人的行蹤就會(huì)被泄露出去。宗教團(tuán)體則反對(duì)說(shuō)：“此舉將威脅人的尊嚴(yán)”，而且“機(jī)械侵犯了神的領(lǐng)域”。如果象VeriChip一樣任人體芯片繼續(xù)發(fā)展下去的話，人類(lèi)的記憶力也可能用人體芯片來(lái)代替，那么人類(lèi)固有的能力恐怕就只剩下“思考能力”了。近年來(lái)，科學(xué)家們?yōu)榱四鼙M快地克服人類(lèi)老化現(xiàn)象和某種疾病，正在嘗試?yán)萌梭w芯片來(lái)增強(qiáng)大腦的思考功能。此舉如果成功，留給人類(lèi)的就只剩下“感情”這個(gè)東西了?；蛟S有那么一天，人類(lèi)的“感情”也會(huì)被人體芯片所取代。這樣，人類(lèi)將無(wú)法回答這樣的問(wèn)題：“人類(lèi)到底是什么？”。
其實(shí)，人體芯片并不是最近才突然冒出來(lái)的新鮮概念，關(guān)于它的爭(zhēng)論也有好幾個(gè)年頭了。早在1998年，英國(guó)倫敦雷丁大學(xué)的控制論教授布萊恩·沃里克就曾經(jīng)嘗試著把一枚芯片植入他的前臂，看是否能用計(jì)算機(jī)來(lái)跟蹤他在學(xué)校里位置。如今，“VeriChip”和“數(shù)字天使”等人體芯片已經(jīng)實(shí)用化，何時(shí)走進(jìn)人體只是時(shí)間問(wèn)題。媒體認(rèn)為，除了技術(shù)問(wèn)題，許多可能出現(xiàn)的法律和隱私問(wèn)題，有可能成為人體芯片技術(shù)普及的主要障礙。但是，無(wú)論何種障礙，都無(wú)法阻止人體芯片進(jìn)入人體的步伐，人體芯片在人體內(nèi)“安營(yíng)扎寨”的日子并不遙遠(yuǎn)！

世界上最小的單芯片系統(tǒng)，可以用針頭注射到人體內(nèi)

隨著電子產(chǎn)品的不斷小型化，為我們提供了許多監(jiān)測(cè)和改善 健康 狀況的新手段和新方法，甚至拓展出一些非常令人興奮的可能性。近日，來(lái)自 哥倫比亞大學(xué)（Columbia University） 的工程師們展示了這項(xiàng)技術(shù)的一個(gè)極端版本，他們開(kāi)發(fā)了有史以來(lái)最小的單芯片系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以用注射針植入皮下以測(cè)量體內(nèi)溫度，甚至還可以拓展更多用途。

上圖：世界上最小的單芯片系統(tǒng)，位于皮下針頭的頂端。

當(dāng)前，從瓢蟲(chóng)大小的植入物（追蹤人體深層組織中的氧氣水平）到微型“神經(jīng)塵?！眰鞲衅鳎▽?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)神經(jīng)信號(hào)），科學(xué)家們?cè)谖⑿碗娮釉O(shè)備的功能方面邁出了很大的一步。這次，由哥倫比亞大學(xué)工程師開(kāi)發(fā)的植入物是世界上最小的單芯片系統(tǒng)，它是一個(gè)總體積不到0.1立方毫米的全功能電子電路，具有新的突破。

這使得它像塵螨一樣小，比世界上最小的計(jì)算機(jī)要小得多。這是一臺(tái)每邊0.3毫米（0.01英寸）的立方體設(shè)備。這種微型芯片只有在顯微鏡下才能看到，需要一些創(chuàng)新思維才能制造出來(lái)，尤其是在它的通信和供電方式方面。

一般來(lái)說(shuō)，小型電子設(shè)備可能采用射頻（RF）模塊來(lái)發(fā)送和接收電磁無(wú)線電信號(hào)，但這些波長(zhǎng)太大了，不能用于如此小的設(shè)備。 另一方面，在給定的頻率下，超聲波的波長(zhǎng)要小得多，因?yàn)槁暡ǖ乃俣冗h(yuǎn)遠(yuǎn)低于電磁波傳播的光速。因此，該團(tuán)隊(duì)安裝了一個(gè)壓電換能器，作為無(wú)線供電和通過(guò)超聲波進(jìn)行通信的“天線”。

這與機(jī)載低功率溫度傳感器相結(jié)合，將芯片轉(zhuǎn)化為實(shí)時(shí)溫度傳感的探針，使其能夠監(jiān)測(cè)體溫以及由超聲波治療應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的溫度波動(dòng)。這種植入物的能力在實(shí)驗(yàn)活體老鼠身上得到了證明，在那里它被用于超聲波神經(jīng)刺激，通過(guò)注射器肌肉注射，一次最多可以將七個(gè)植入物植入實(shí)驗(yàn)老鼠體內(nèi)。

最終，科學(xué)家們?cè)O(shè)想將這種芯片植入人體，然后通過(guò)超聲波將測(cè)量到的信息無(wú)線傳輸出來(lái)。以目前的形式，這僅限于體溫，但未來(lái)可能還會(huì)包括血壓，血糖水平和呼吸功能等信息。

領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)研究的科學(xué)家表示：“我們想看看，我們能把芯片的功能縮小到什么程度。這是‘芯片即系統(tǒng)’的新概念 ——這是一種單獨(dú)的芯片，不需要其他任何東西，就是一個(gè)完整的電子系統(tǒng)。 這對(duì)于開(kāi)發(fā)無(wú)線微型植入式醫(yī)療設(shè)備來(lái)說(shuō)應(yīng)該是革命性的，這種設(shè)備可以感知不同的東西，用于臨床應(yīng)用，并最終被批準(zhǔn)用于人類(lèi)?！?br>
這項(xiàng)研究發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

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