组织芯片用途、生物学性能与重复性检验的概念
组织芯片的使用情境、生物学响应和分析验证共同影响其产业应用。(J&E Bio)(J&E Bio)

三类药物用途对芯片提出不同要求

2017 年,来自 13 家制药公司及美国国立卫生研究院(National Institutes of Health,NIH)的作者提出组织芯片推广路线。文章强调“使用情境”:机制研究、临床前安全筛选和药代研究会提出不同要求,为一种用途开发的芯片未必适合另一种用途。

例如,安全筛选要覆盖较多毒性机制和细胞靶点,作者认为其可信度要求高于针对已知机制的专用平台;若进一步希望替代动物模型,要求还会更高。作者也明确表示,组织芯片短期内不太可能完全替代动物研究,但可在部分场景中补充并减少使用。

药代用途需要与既有预测方法比较

药物吸收、分布、代谢和排泄(absorption, distribution, metabolism and excretion,ADME)评价关注清除率、分布容积和吸收比例。作者提醒,当时的人肝细胞、微粒体及通透性等方法已有一定预测能力,芯片需要在预测价值、费用或速度上证明改进。

连接肝脏与其他组织有望帮助研究代谢对下游组织的影响,但单个芯片常只代表器官的部分功能。作者因此建议,在投入多器官连接之前,先明确每个模型的性能、重复性和生物学相关性。

生物学表征应检验明确的药物响应

文章建议使用已知药理或毒性化合物,核对平台能否出现预期响应。作者举例:气道平滑肌模型应能在组胺作用下收缩,并在福莫特罗等 β 受体激动剂作用下舒张;还应在相关浓度范围内形成明确的浓度—响应关系。药企可协助选择工具化合物、参照暴露水平及预期反应。

模型指标与人体功能的联系也需要检验。作者以心脏为例指出,仅由心肌细胞构成的体外系统通常缺少血管、血容量和自主神经影响;细胞收缩或钙信号变化不能直接代表完整循环系统的改变。

分析验证还要核对重复性与材料影响

作者把生物平台稳定性、药物与材料相互作用、实验室内及跨实验室重复性、流程兼容和运输可行性列为分析验证内容。文章讨论独立测试中心与参考化合物集合,希望通过开发者、药企和监管方合作建立证据;正式资格认定则属于可能的后续目标。

来源与延伸阅读

  1. Navigating tissue chips from development to dissemination: A pharmaceutical industry perspective. Experimental Biology and Medicine. 2017;242(16):1579–1585. doi:10.1177/1535370217715441 ↗