威克森林再生医学研究所(WFIRM)的科学家开发了世界上最先进的人体实验室模型，创建了一个微型器官系统，可用于在对患者开处方之前检测药物的有害和不良影响。使用这样的系统来筛选潜在的药物可能对加快新药的上市速度，降低临床试验成本以及减少或消除动物试验产生重大影响。
该系统由国防威胁减少机构(DTRA)提供的资金开发而成，它是由多种人类细胞构建而成的，这些人类细胞被组合成代表人体大部分器官(例如心脏，肝脏和肺脏)的人体组织。这些微型器官中的每一个都是微小的3D组织状结构，大约是成年人体器官的百万分之一。该系统可以用来模拟组织/器官，并且可以用作测试和预测平台。
人体器官组织系统最重要的功能是在开发的早期就确定一种药物是否对人有毒的能力，以及其在个性化医学中的潜在用途。在开发或治疗过程的早期淘汰有问题的药物实际上可以节省数十亿美元，并有可能挽救生命。”
威克森林再生医学研究所Anthony Atala博士，该研究的资深作者
实际上，WFIRM的微型器官模型已经能够测量许多批准用于人类的药物的毒性，后来发现这些药物实际上对人体有害，因此将其撤出市场。尽管最初使用标准的2D细胞培养系统和动物测试模型未从召回的药物中发现毒性，并且在人类的三个临床试验水平上均未发现不良反应，但WFIRM开发的系统能够轻松检测出毒性，复制了损伤在人类中看到。
在《生物制造》杂志上发表的一篇论文中，研究人员详细介绍了微型器官是如何产生的以及人体器官组织系统是如何工作的。由于每种组织都有特定的个人要求，因此采用了生物制造技术的工具箱来创建每个微型器官。
分离出微小的人体组织细胞样本，并将其工程化为人体器官的微型版本。它们可能包含结缔组织中的血管细胞，免疫系统细胞，甚至成纤维细胞。这些器官中的每一个(也称为器官组织等效物)执行与人体相同的功能。例如，心脏每分钟跳动约60次，肺从周围环境呼吸空气，肝脏将有毒化合物分解成无害的废物。
WFIRM人体器官组织系统的另一个标志性特征是血液循环系统。每个系统都包含介质，一种含有营养物质和氧气的物质，会在所有器官类型之间循环，从而输送氧气并清除废物。这些设备中的血液系统非常小，采用了一种称为微流控的技术，可以通过器官系统再循环测试化合物，并去除每个器官正在产生的药物分解产物。“我们很早就知道我们需要包括原始器官中存在的所有主要细胞类型，”合著者Aleks Skardal博士说，他曾是WFIRM的一员，现在在俄亥俄州立大学。“为了模拟人体对毒性化合物的不同反应，我们需要包括产生这些反应的所有细胞类型。”
WFIRM团队很早就意识到药物和有毒分子不会从一个器官移动到另一个器官。研究人员没有将样品从一种器官类型转移到另一种器官，而是建立了一个微流体回路，该回路通过每个器官一遍又一遍地再循环样品，其方式与心脏在血液中通过人体再循环分子的方式完全相同。
WFIRM的人体器官组织系统不容易开发。该研究所的科学家们已经进行了将近三十年的工作，以建立大规模的人体器官移植到患者体内。迄今为止，由WFIRM科学家开发的15多种组织和器官产品/技术，包括肌肉，膀胱和阴道器官，已经在人体中进行了临床试验。
WFIRM的合著者Thomas Shupe博士说：“为药物测试创建微观人体器官是我们在构建人体规模器官方面完成的工作的逻辑扩展。”“我们在人类规模上开发的许多相同技术，例如为细胞生存提供非常自然的环境，当降到微观水平时也产生了出色的结果。”
由于WFIRM系统包含正确的细胞，因此来自正确物种的数目正确，因此数据可以更好地预测正常人预期的生物学反应。
标签： 药物毒性
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