本產品經過「人體」測試,請安心使用

2014⋅10⋅31
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我們都知道一款藥品在正式上市、大量製造、販售之前,會經過無數次不同層次的實驗測試。然而因為不同個體間的微小差異,我們對藥物可能會產生截然不同的反應。如果能在嘗試新藥之前知道自己身體的代謝反應將是如何,甚至是接受一個量身打造的治療配方,提高療效、發揮藥物的最佳藥效,這將造福多少人類的健康幸福?

Geraldine Hamilton在美國哈佛大學的Wyss實驗室就正在努力做這一件事,她向我們展示如何在晶片上建構器官和人體部位,以一塊簡單的晶片擁有所有測試新藥必備的元件。

Geraldine Hamilton: Body parts on a chip

開發新藥的困境

在現今醫藥技術發展當中,構思一款新藥或許十分容易,但研發與測試的過程卻是昂貴又耗時,而且失敗機率往往大於成功機率。這其中存在許多因素,Hamilton認為主因之一是:在進入人體臨床試驗之前,專家使用「細胞培養」及「動物試驗」測試藥物是否有效或安全,但這兩種方法其實無法準確預測人體內發生的事。當我們把細胞放入培養皿時,細胞會因為環境的改變而停止原本的運作;動物實驗雖然能提供相當有用的訊息,但仍然無法預測使用特定藥物時發生於人體內的動態情況。

為了找到更好的方法讓人體細胞順利測試新藥,Hamilton的團隊的想法就是,成為細胞建築師,替細胞設計、建設、打造另一個家—「人體器官晶片」。他們將活細胞放入這個小晶片中,建立最小的功能單位,呈現細胞於體內所經歷的生化反應、功能及機械張力。

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如何在晶片上模擬人體器官

Hamilton的團隊運用電腦晶片製造技術,打造與細胞及其生長環境相仿的結構。其中有三條液體通道,中間是多孔的彈性隔膜,在其上層放入人體細胞,例如肺細胞;下層是微血管細胞,即血管中的細胞;然後對於晶片施加機械力,使隔膜伸展收縮,如同體內脈動的情形。

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藉由這些小晶片模型的功能,Hamilton指出,我們將可以開始探索許多潛在的新療法。例如我們可以模擬人體受外界感染的過程,將細菌細胞及人類白血球加入這個肺模型中,當白血球偵測到因感染引起的發炎反應時,它們將由血管進入肺部、吞噬細菌。


不只是一個器官,不只是獨立測試

而Hamilton的團隊研究的不僅是肺部晶片,也有腸道、心臟晶片。實驗室目前正在研發一系列不同的器官晶片,而這項技術的真正意義在於:我們能藉由液體在細胞間的流動、連結的特性,將多種不同晶片彼此連接,形成所謂的「虛擬人體晶片」。

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但這並不是要在晶片上重建整個人體,而是要重建足夠的人體細胞功能,使我們對人體內發生的情形進行更佳的全面性預測。例如我們可以探索使用噴劑型藥物時發生的情形,患有氣喘的人在使用吸入劑時,我們可以探索藥物是如何進入肺部,如何影響其他器官,例如心臟,我們可開始研究身體對藥物的動態連鎖反應。

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所有跟人體有關的試驗方法將被改變

這項技術將引起一場革命,我們可以藉由晶片進行疾病的深入瞭解,例如伊波拉病毒或SARS等致命疾病。而且不僅是製藥工業,也將影響許多不同產業,例如化妝品工業,當皮膚晶片被研發出來,未來在測試化妝產品中的成分對皮膚是否安全時,我們不再需進行殘忍的動物試驗。我們還可以測試日常環境中所接觸到的化學物質的安全性,例如家庭清潔劑。

器官晶片也可改變未來臨床試驗方式,我們可以將不同族群的細胞置入晶片,讓我們擁有的藥物安全資料可以針對使用者,例如孩童藥品的臨床試驗對象不會再是成年人。

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想像一下未來,若我們能將自己的幹細胞置入晶片,這將成為一塊獨一無二的個人化晶片。醫生可以針對每個人不同的體質,打造個人專屬的治療方法,讓治療藥物更有效,加強醫療的安全性,將藥物副作用的風險降到最低,使每一個人都獲得更精準的醫療照護。

延伸閱讀:哈佛大學的Wyss實驗室

撰稿人:許書瑄

發佈於2014⋅10⋅31
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