「臓器」入りチップスが登場！これは将来の「万能薬物検査装置」でもある

最近、東南大学の顧忠澤氏のチームが開発した人工血管チップが、神舟15号の宇宙飛行士の軌道上実験操作に使用された。これは我が国が軌道上で実施した初の臓器チッププロジェクトであるだけでなく、世界初の人工血管組織チップ研究でもあります。

この手のひらサイズのポリマー素材の中に、3Dプリントやナノ加工などの技術を使って人体環境を模した「家」を造り、そこにヒトの細胞や幹細胞を注入し、酸素や培地を「家」に供給します。 2～3 週間後には、人間の臓器や組織を模倣した鼓動する心臓、代謝する肝臓、呼吸する肺を「家」の中に作ることができます...

顧中澤氏のチームが開発した臓器チップ。画像出典: 科技日報

実際、臓器チップの重要性はこれだけではありません。それらは人間の細胞組織を「養う」だけでなく、医薬品の開発や生命と健康の追求に対する人類の希望をも担っています。

01 臓器チップの起源：動物実験に欠かせないもの

人は生涯を通じて多かれ少なかれ薬物を使用しますが、薬物の開発には、候補薬物の特定、動物モデルの研究、ヒトでの臨床試験、市場承認など、時間と費用がかかるいくつかのステップが必要です。医薬品の研究開発には10年以上かかり、多額の費用がかかることがよくあります。

小動物を飼育するのが好きなら、その健康と活力を守るためには、できる限り本来の環境、つまり自然の中での生活環境に戻す必要があることを知っておく必要があります。細胞についても同様です。

従来の培養培地では現実的な細胞生存条件を作り出すことが難しく、薬剤が細胞に与える影響を研究することは不可能です。そのため、科学者たちはマウス、ウサギ、サルなどの動物に注目し、それらの臓器の構造が人間に似ていることを利用して薬理学的実験を行おうとしました。

臓器チップの原型は21世紀初頭に誕生しました。 2011年、米国は微小生理学システム連合を設立し、薬物試験用の動物の代わりとして臓器チップを使用することを希望し、臓器チップの研究開発を開始した。

02 臓器チップとその本質的特徴

臓器チップ 臓器チップは通常、マイクロ流体チップを中核としてバイオニック材料で作られています。彼らは、さまざまな生細胞、組織界面、生体液、機械的力刺激、さらには病理学的環境など、生体内の臓器微小環境要因をカバーする生体外システムを構築します。

臓器チップの外観は臓器に似ていませんが、チップ内の細胞の種類と構造により、実際の臓器環境をシミュレートできます。肺臓器チップ、心臓チップ、脳チップ、肝臓チップ、さらには複数のチップモジュールを組み合わせた多臓器チップなど。これらのさまざまな臓器チップには、基本的に次の 3 つの特性があります。

まず、3D配置構造を持っています

第二に、細胞間の生理学的バランスをより反映するために複数の細胞タイプを持つ

3番目に、チップモデルに関連付けられた機械的な力を使用する

03 マイクロ流体

臓器チップに使用されている技術はマイクロ流体工学と呼ばれます。マイクロ流体工学は、統合されたマイクロチャネル内で微量の流体を正確に操作できる技術です。さまざまなニーズに応じて、さまざまな構成の機能性材料を柔軟に準備できます。

人体には血管や筋繊維などの微細構造が多数存在するため、そのサイズはマイクロ流体技術のサイズと一致します。したがって、マイクロ流体はバイオニック材料の製造において優れた応用可能性を示しています。

04 動物実験に対する臓器チップの利点

動物実験と比較すると、臓器チップには明らかな特徴があります。

まず、動物の病気のモデルを作るには通常3～6か月、場合によっては数年かかりますが、臓器チップを作るのには通常2～3週間しかかかりません。

第二に、モデル動物は通常 1 つの薬物試験にしか使用できませんが、臓器チップには数百または数千の独立した試験ユニットがあり、数種類または数十種類の薬物の多重濃度試験に使用できます。

さらに、臓器チップは人間の細胞組織から作られており、薬物や病原体に対する人体の反応と非常によく一致しています。

臓器チップはヒト由来であること、低コストであること、培養サイクルが短いことから、薬物実験を行うためのヒト組織の「代用」として機能し、薬物開発プロセスを加速し、精密医療のソリューションを提供します。

さらに、臓器チップは、関連する医薬品の人体に対する有効性を評価するだけでなく、環境中の有毒物質や有害物質を評価するためにも使用できます。

総合情報源: 科技日報、EFL、中国機械工学協会