爱丁堡大学科学家3D打印仿生芯片，用于替代动物活体测试

2023年12月30日，南极熊获悉，据《卫报》报道，来自爱丁堡大学的科学家开发了一种开创性的 3D 打印设备，可以加快新药研发的速度，并消除动物测试的需要。这种“体外芯片”完美地模拟了药物在患者体内的流动方式，而塑料设备意味着科学家们可以在不需要活体动物测试的情况下测试药物，观察不同器官的反应。

△这个塑料设备使用正电子发射断层扫描（PET扫描）来产生精准的三维图像，显示器官内部的情况。图片来源：MurdoMacLeod/The Guardian。

这种塑料体外芯片装置是世界上同类装置中的第一个。该芯片使用 3D 打印机制造，具有五个隔室，复制了人类的心脏、肺、肾、肝脏和大脑，并通过模仿人体循环系统的通道连接起来，通过这些通道可以泵送新药物。它使用正电子发射断层扫描 (PET) 扫描生成详细的 3D 图像，显示微小器官内部的情况。该设备的发明者利亚姆·卡尔 (Liam Carr) 表示：“PET图像使我们能够确保正在测试的新药物均匀流动。”

PET 扫描涉及将微量放射性化合物注入芯片中，将信号传输到极其灵敏的相机，使科学家能够更好地评估新药的效果。

卡尔说：“该设备是第一个专门为测量药物分布而设计的设备，其流量均匀，并配有足够大的器官隔室，可以对药物吸收进行采样以进行数学建模。从本质上讲，让我们能够看到新药物进入体内的位置以及它在那里停留的时间，而无需使用人类或动物来测试它。该平台完全灵活，可以成为研究各种人类疾病的宝贵工具，例如癌症、心血管疾病、神经退行性疾病和免疫疾病。由于这种灵活性，其用途仅受这些细胞模型的可用性以及我们能想到的科学问题的限制。例如，我们可以在设备中建立一个脂肪肝疾病模型，并用它来了解患病的肝脏如何影响其他器官，如心脏、大脑、肾脏等，甚至可以结合多个患病的细胞模型来了解疾病如何影响健康。会互相干扰。”

△利亚姆·卡尔 (Liam Carr) 和他的主管阿德里亚娜·塔瓦雷斯 (Adriana Tavares) 正在使用“体外芯片”设备。摄影：默多·麦克劳德/卫报

卡尔的导师、爱丁堡心血管科学中心 (CVS) 的阿德里安娜·塔瓦雷斯 (Adriana Tavares) 博士表示，在一个设备上将五个器官连接在一起将有助于科学家有效地研究一种新药如何影响患者的整个身体。

塔瓦雷斯说道：“这是医学研究中一个非常重要的领域，因为我们不断了解到，传统上被认为仅限于某个器官或系统的疾病可能会对其他远离的器官或不同的相互连接系统产生多种影响。像身体芯片平台这样的设备对于揭示局部疾病的全身影响机制以及调查药物的非靶效应至关重要，这些效应可能具有治疗上的用处，也可能有害。这种设备显示出减少全球用于测试药物和其他化合物的大量动物的巨大潜力，特别是在早期阶段，仅有2%的化合物能够通过观测管路。”

Tavares表示，除了在早期药物开发中消除使用动物的需要之外，还有其他好处。他说：“这种非动物方法可以显著降低药物发现的成本，加速药物进入临床应用，并通过使用更符合人类生物学特征的模型，改善我们对人类疾病的系统效应的理解。”

这款体外芯片设备是通过国家替代、改进和减少动物实验中心（NC3Rs）和联合利华共同资助的博士生奖学金项目开发的。

爱丁堡大学商业化部门爱丁堡创新中心的 Susan Bodie 博士说道：“我们很高兴能够支持利亚姆和CVS团队开发这个体外芯片，并期待看到这种新型设备对未来新化合物和药物的测试和研发产生的影响。”