以微血栓模型回顾早期评价资料

器官芯片从概念模型进入药物评价,需要说明它能回答什么问题,以及相应数据是否可靠。荷兰特文特大学(University of Twente)和荷兰人体器官与疾病模型技术研究所(Institute for Human Organ and Disease Model Technologies,hDMT)研究者在 Frontiers in Toxicology 以血液灌流血管芯片为例,讨论早期研发怎样为适用性评价积累资料。

芯片通道覆盖人源内皮细胞,内皮受到刺激后,再用人全血灌流并检测血小板及纤维蛋白沉积。模型测量的是激活内皮上的急性微血栓过程。

文章把模型的使用情境、测量终点、稳健性和局限分别梳理,回顾已经完成的表征,也说明后续更具体用途需要哪些资料。

血液灌流血管芯片、内皮及沉积成像,与使用情境、终点、稳健性和局限的对应关系。

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血液灌流血管芯片、内皮及沉积成像,与使用情境、终点、稳健性和局限的对应关系。(Huub J Weener et al. / Frontiers in Toxicology, 2024, Figure 2;CC BY 4.0)

具体用途决定药物参照与测量终点

开发初期,团队的目标是观察体外能否形成微血栓。与药物研究伙伴合作后,用途逐渐细化为免疫疗法相关的不良反应,包括单克隆抗体或嵌合抗原受体 T 细胞(chimeric antigen receptor T cells,CAR-T)治疗背景下的凝血关键事件。

血小板覆盖面积和纤维蛋白沉积是主要终点,荧光成像用于动态观察或实验终点的定量。阳性刺激采用肿瘤坏死因子 α(tumor necrosis factor alpha,TNF-α),阴性对照采用内皮培养液。

文章特别区分技术对照和具体药物参照。观察到炎症刺激下的凝血,能够证明相应检测可以响应;研究某类抗体的血栓风险,还需要已知相关机制的药物参照。作者以曾发生血栓事件的抗 CD154 抗体研究为例说明这一要求。

用对照阈值管理血液供者差异

团队在不同内皮细胞来源和新分化批次中检查阳性、阴性对照,同时观察到血液供者之间的血小板聚集差异。因供者资料获取受限,年龄或性别等因素未能完整分析。

为控制这类差异,文章报告了供者血液的纳入条件:阴性对照血小板覆盖面积低于 2%,阳性对照高于 4%。这些阈值对应该血管芯片的既定对照和测量形式。

实验内重复性、不同操作人员和实验室之间的差异,仍是后续标准化需要分别检验的层级。文中标准操作规程尚在制定,当前案例未提供完整跨实验室验证。

灌流时间与材料限制决定可研究的问题

该芯片主要描述血液与内皮细胞相互作用,没有纳入组织驻留免疫细胞及器官之间联系。通道尺寸、形状和细胞配置也可能随具体用途需要重新设计。

当前最长血液灌流约 30 分钟,因此文章把模型定位于急性效应。长期血液暴露、药代过程和重复给药需要不同的模型能力。疏水小分子在聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)中的吸收,也影响浓度解释。

作者还讨论动物来源培养添加物和染色材料的批次变异,建议逐步改为成分明确的材料。这是文章提出的质量改进方向,实施后仍需重新优化和比较。

早期表征为后续具体用途提供起点

案例显示,概念验证阶段已经能够记录终点响应、对照范围、细胞批次和材料限制。把分散的表征资料组织起来,可以帮助使用者判断模型是否接近自己的研究问题。

后续评价的重点是围绕明确用途增加药物参照及稳定性证据,并与最终使用者持续沟通。这些工作把原型的生物学表征逐步转为具体药物用途的评价资料。

来源与延伸阅读

  1. Considering future qualification for regulatory science in the early development of microphysiological systems: a case study of microthrombosis in a Vessel-on-Chip. Frontiers in Toxicology. 2024. doi:10.3389/ftox.2024.1513002 ↗