新型生物芯片技术助力药物研发

　　新药的上市，真的经历了九九八十一难，从使用体内模型进行的临床前研究，再经过漫长的三期临床试验，药物开发的成本成倍增加。除了增加经济负担外，在三期临床试验阶段，由于体外实验的不可预测性，导致药物吸收、排泄等问题，因此淘汰了许多具有潜在疗效的化合物，实在是可惜。为了提高临床前体外试验的可预测性，目前制药公司实施复杂的3D生物学系统，例如多细胞球体和类器官技术，模仿人类病理、生理学，以尽早剔除不合适的药物，缩短药物研发的周期，减少成本。

　　近日，来自澳大利亚维也纳科技大学的Mario Rothbauer和PeterErtl课题组研究人员在《Advancedscience》上发表了题为“AMicrofluidic Multisize Spheroid Array for Multiparametric Screening ofAnticancer Drugs and Blood–Brain Barrier Transport Properties”的研究成果。该研究建立一种微流体平台可用于生产和测量复杂的多尺寸球体，加速先进的体外模型的优化和筛选方案，并最终提高基础和临床前生物医学研究的预测准确性的兼容性、可用性和通量。

　　为了评估特定的几何特征是否能精确控制可重复、大小一致的单个多细胞球体的形成，研究人员确定了多种尺寸，对各种孔状和几何形状进行了研究。通过基于“微透镜”的光学特征，透明的半球形微孔设计非常适合在微流体球体阵列中形成特定的大小、几何特征以及相似位置的球体。

　　研究人员利用微流体多尺寸球体阵列的自动倾斜运动，通过重力诱导的双向流体循环来实现细胞培养基的供应和连续灌注。这种无泵流动策略的优点是：1)可通过改变倾斜角度和速度来调整流量曲线;2)可减少气泡的形成;3)可模拟血液循环的特性。由于重力驱动的灌注可导致微通道内的流速分布快速变化，研究人员在每个介质容器下方还嵌入了限流器，以增加微流体通道的水力阻力，从而被动地控制流速。无泵重力驱动的流动能够调整空腔和椭球内部的流速，这最佳细胞培养条件所必需的。

　　由于组织类型和生长的差异可能导致多个球状细胞系培养物之间的评估不一致，因此密度对于描述球状体大小和细胞生长至关重要。结果显示，通过改变初始细胞接种密度，可以准确地形成多种球体尺寸，使用微流控多尺寸球体阵列可以轻松评估细胞系特异的生长差异。并且，微流体球体阵列系统能对关键的球体参数(如形态、代谢活性和低氧)进行多参数预筛选，从而最终揭示出细胞类型、球体大小和特定时间的差异。

　　随后，研究人员发现球体的尺寸与药物组织扩散和抗癌性相关。并且，BBB球体芯片模型可作为一种新型的细胞培养工具。

　　简而言之，该研究建立的微流体平台作为一种新型的芯片技术，可用于生产和测量复杂的球体，加速体外模型的优化和筛选方案，并最终提高基础和临床前生物医学研究的预测准确性的兼容性、可用性和通量。该系统非常适合用于药物研究，研究人员表示已经在申请专利，并且与多家制药公司进行洽谈。