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创新微流控装置可能改变神经退行性疾病的药物测试

前不久,Hesperos公司(Hesperos, Inc.)通过向其专利性多器官微流控设备系统中添加新的体外、人类神经肌肉模型,提高了自身开创性的人类-芯片(human-on-a-chip)药物测试能力。神经肌肉接头功能异常与神经退行性疾病有关,比如肌萎缩侧索硬化症(ALS)和脊髓性肌萎缩症(SMA)。而人类模型对于开发和选择治疗这些疾病的有效药物是至关重要的。

 

公司首席科学官James Hickman最近在《生物材料》(Biomaterials)杂志发表了一篇论文,对这项突破性技术进行了描述。James Hickman来自佛罗里达大学混合系统实验室(Hybrid Systems Laboratory)。“干细胞衍生的表型人类神经肌肉接头模型能够评估治疗药物的剂量反应。”这项技术已授权给Hesperos公司,目前可以进行收费分析化验。

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BioMEMs构想是首创性的。与其他在共同培养中检测神经肌肉功能或使用生物标志物活动和蛋白分析的测试不同,Hickman的模型是一个运作平台,能够重新建立人类神经元和骨骼肌之间的连接。这种区室化、无血清的微流控装置是用拥有微小隧道的薄硅膜制成的。人类干细胞培育出的神经细胞(运动神经元)和骨骼肌细胞(成肌细胞)分别被置于微管膜的对侧,形成一个提供电学和化学隔离的屏障。

 

经过几天时间,肌肉细胞融合形成肌纤维(肌管)。运动神经元发出轴突(从神经细胞体向外传导电脉冲的细长突出部分)穿过微隧道并与肌管形成神经肌肉接头。这些接头成为两种细胞之间沟通交流的桥梁,与人体内的情形相似。最终,微小的肌肉能够被运动神经元激活或直接电刺激产生收缩反应。

 

药物能够运用到该模型上——单次给药或长时间的多次给药,模拟真实药物评估条件——以测量肌肉系统如何反应。这项研究由美国国立卫生研究院(NIH)资助,Hickman描述了他的团队获得的以下3种药物生成的剂量反应曲线:箭毒毒素(curare toxin)、α金环蛇毒素(alpha bungarotoxin)和获批药物肉毒杆菌毒素(botulinum toxin,BOTOX®)。

 

在全部4次刺激频率测试中,研究结果都与体内(活体人类)数据密切匹配,说明该模型能够极其精准地复制活体人类系统,允许进行快速、现实、非侵入性的药物测试——而不是使用动物模型。

 

Hesperos公司因其创新的动物测试替代方案而受到认可,其中包括2015年国际反动物测试科学奖(2015 Lush Prize for Science)。使用活体动物测试药物除了伦理道德的考虑之外,动物测试还存在不准确的问题。在每50种动物测试安全的药物中,只有一种对人类也是安全的,并且FDA基于动物测试批准药物的过程也十分漫长。

 

与之相对,Hickman模型产生出的功能性资料与临床医生在人体临床试验中观察的现象紧密关联。这将有助于为未来临床试验的设计提供信息,并缩短药物开发的时间。

 

“在量化不同作用方式的神经肌肉阻滞剂造成的功能缺失程度方面,该模型的敏感性提供了一种高度准确和灵敏的新药筛选工具,”Hickman说,“它也能够允许我们观察神经肌肉系统随疾病发展的行为,并能够根据患者的病情和经历指导治疗方案的选择。”

 

“随着这种针对病变运动神经元或肌肉的系统在未来的发展,它也可以用于为其他神经肌肉疾病开发药物,”Hesperos公司总裁兼首席执行官、康奈尔大学生物医学工程系创始主任 Michael Shuler补充说,“我们很高兴能将这个技术添加到我们的人类-芯片‘工具包’中。”

 

原文标题:Human-on-a-chip Company Hesperos Licenses First Functional Stem-Cell Derived Neuromuscular Junction Model

翻译:陈珮瑶

校审:曹文东、夏蓓