器官芯片在生物医学行业有多种应用。本文讨论了它在日益发展的精准医疗领域的应用。我们还向您展示如何使用点成 Cellix 的4U 四通道微流体泵为您的器官芯片实验获得最佳结果。
为什么精准医疗如此重要？
精准医疗使医疗保健专业人员能够根据特定患者量身定制治疗方案。这样，每个患者都可以接受成功率更高的治疗[1]。研究表明，有几个因素可能会影响身体对不同药物的反应，包括：
- 遗传和表观遗传构成
- 年龄
- 营养
- 健康状况
- 环境暴露
与传统医学不同，精准医疗考虑了不同地理和种族人群的不同药物反应模式。它试图了解其分子基础[1]。
由于有望实现更好的结果和更高的安全性，精准医疗市场蓬勃发展也就不足为奇了。到 2022 年，该行业的价值预计将达到 880 亿美元。医疗器械和药品制造商可以通过瞄准对现有疗法没有反应的患者来从这一增长中获益。事实上，随着精准医疗在未来几年的广泛应用，整个医疗保健系统可能会发生转变[1]。
精准医疗实践
基因组学和分子生物学的进步使专业人员能够根据个人的基因特征选择药物或治疗方案。这有助于最大限度地减少不良事件并确保更好的结果。现在医生可以超越一刀切的处方，为患者做出更明智的决定[1]。
精准医疗还可以在疾病出现之前检查个人对某些疾病的易感性。这样，医生就可以监测并推荐预防措施。
精准医疗的潜在好处是无穷无尽的，包括[1]：
- 转向更具预防性的实践
- 减少反复试验的处方
- 避免不良事件
- 提高患者的依从性
- 减少临床试验的时间和成本
- 降低医疗成本
用于个性化药物开发的器官芯片
药物开发需要大量的时间和资金投入。因此，迫切需要能够预测人体组织和器官中药物反应的临床前模型。不幸的是，目前涉及计算模型、细胞培养平台和动物模型的筛选方法无法像行业希望的那样准确地做出这些预测[2]。
器官芯片 (OOC) 平台可能为这个问题提供答案。此外，它们还可以解决涉及动物试验的伦理问题[3]。器官芯片是具有受控微环境的微流体系统，其中培养的细胞表现出模仿人体器官生理学的功能。这些设备具有多种细胞类型等特殊特性，以确保生理平衡。它们还应该反映人体组织中最相关的生物力学力[3]。
借助 OOC，研究人员可以研究潜在候选药物的功效和安全性，从而实现个性化治疗优化[3]。
OOC 在精准医疗中的应用
科学家可以通过包括血液样本、原代人体组织和诱导性多能干细胞来个性化 OOC，以反映个人生理状况。他们还可以根据个人的健康数据定制细胞的培养微环境。这种个性化程度提供了评估个人特定药物疗效和安全性以及量身定制的疾病预防策略的机会[4]。
请参阅该技术的一些实际示例：
- 包含原代患者肺泡上皮细胞的芯片气道
- 根据个人生物医学成像数据定制形状的芯片血管
此外，多器官芯片系统可以评估更复杂的个性化细胞培养参数组合的动态整合[4]。
如何开始实验？
样品容器和其他配件：用于容纳培养基、输送药物或使细胞悬浮液流过器官芯片系统。
器官芯片实验的基本设置包括：
- 微流体芯片有助于模拟体内发生的生理条件和机械力。
- 微流体泵将培养基输送到您的细胞。我们的 4U 四通道微流体泵非常适合此类实验。这款精密压力泵具有稳定而准确的流速，可独立控制 4 个不同的通道，控制压力和流量。您可以编程您的流量曲线并有效管理所有泵功能。
引用
[1] Vogenberg, F. R., Isaacson Barash, C., & Pursel, M. (2010). Personalized medicine: part 1: evolution and development into theranostics. P & T : a peer-reviewed journal for formulary management, 35(10), 560–576.
[2] Jodat, Y. A., Kang, M. G., Kiaee, K., Kim, G. J., Martinez, A. F., Rosenkranz, A., … & Shin, S. R. (2018). Human-derived organ-on-a-chip for personalized drug development. Current pharmaceutical design, 24(45), 5471-5486.
[3] Low, L. A., Mummery, C., Berridge, B. R., Austin, C. P., & Tagle, D. A. (2021). Organs-on-chips: into the next decade. Nature Reviews Drug Discovery, 20(5), 345-361.5
[4] van den Berg A, Mummery CL, Passier R, van der Meer AD. Personalised organs-on-chips: functional testing for precision medicine. Lab Chip. 2019 Jan 15;19(2):198-205. doi: 10.1039/c8lc00827b. PMID: 30506070; PMCID: PMC6336148.
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