器官芯片:增强我们将科学转化为药物的能力

写的:

多米尼克·威廉姆斯

副主任,临床药理学和安全科学,研发

里安农大卫

微生理系统(MPS)科学领导,临床药理学和安全科学,研发

预测患者对候选药物分子的反应是药学研究人员面临的最大挑战之一。任何一种新的分子,无论多么有效,如果没有可接受的安全特性,都不能继续进行。这是“正确安全”背后的原则,是支撑阿斯利康成功的关键“5r”之一欧洲杯微信买球研发效率.“正确的安全”也激励我们去寻找新的技术和工作方式,以改进我们对新化合物的可能毒性进行建模的方式。传统的临床前动物模型为化合物的安全性和有效性提供了良好的指示,但不能完全适用于人类。通过使用比传统动物模型更准确地预测患者反应的人性化模型,我们的目标是进一步提高分子从候选提名到完成三期试验的成功率——已经从2010年的4%提高到2018年的19%以上。1

我们是这些杂志的作者,最近发表了三篇高影响力期刊上的文章,概述了更具预测性和与人类相关的模型的关键重要性。第一个是与仿真公司合作出版的科学转化医学.本研究应用先进的器官芯片(Organ-Chips)技术创建多物种肝脏芯片模型。这对于帮助我们决定临床前研究中的毒性信号是否会影响我们是否在人类中开发一种化合物具有巨大的潜在价值。2

第二个,作为更广泛的欧盟联盟的一部分出版于自然评论药物发现,回顾了正在出现的证据,这些证据表明,药物诱导肝损伤(DILI)在人类中发生时,可能是一个多步骤和复杂的多细胞疾病过程。DILI可由各种化学损伤引起,并根据受损的肝脏特定功能表现为一系列不同的病理。这意味着预测所有形式的DILI对于简单的模型来说本质上过于复杂,例如单细胞培养筛选策略。3.更复杂的模型,如器官芯片,有可能帮助克服这些挑战。

我们都是阿斯利康临床药理学和安全科学(CPSS)的研发部门。欧洲杯微信买球CPSS的全球主管是高级副总裁Stefan坐.在接受媒体采访时,他明确表示了器官芯片的重要性:

器官芯片技术有潜力提高和加速我们将科学转化为患者创新药物的能力。这项肝脏芯片的合作工作为这项技术的广泛应用指明了道路,在候选药物进入临床试验之前,改善我们对药物不良反应的预测。

器官芯片是我们预测科学方法的一个组成部分,目的是确保更快更准确地预测人体药物毒性,同时允许更有针对性地使用动物实验。这使我们能够在药物发现过程的早期做出更好的决定。

这些进步正在改变我们从事科学研究的方式,并创造潜在的新药物。我们知道,我们不能单独推进科学,也不能与其他先驱合作,包括仿效公司、哈佛大学维斯研究所和TissUse,将我们的专业知识结合起来,推动创新。

我们最近第三次在高影响力杂志上发表,这次是在自然生物医学工程该公司与维斯研究所(Wyss Institute)合作,专注于在芯片上复制人类骨髓。4


这张免疫荧光图像显示了在人类骨髓芯片内发育的多种细胞类型(洋红色:红样细胞,黄色:巨核细胞,蓝色:其他造血细胞)。资料来源:哈佛大学维斯研究所


在传统的骨髓组织检测中,细胞从健康的志愿者或患者身上提取,放在培养基中,并经常长时间浸泡在候选药物中。这些静态模型不能反映骨髓中不同细胞的动态相互作用,也不能复制自然环境,导致细胞随时间流失。因此,这些研究只能对候选药物、放疗或基因突变对骨髓的影响提供有限的预测。

利用与Wyss研究所合作开发的精致的器官芯片模型,我们在实验室制造了“迷你人类骨髓”,它有可能被用于药物发现、基础研究和广泛的造血紊乱和毒性转化研究。并可能为监管评估提供一种针对人类的替代动物试验。

仅凭一个发现,我们的骨髓芯片的血管通道允许更多的自然培养基灌注,与传统细胞培养相比,维持细胞的时间更长。这将允许在一段持续的时间内对潜在的新药进行实验,并且在一个更类似于人类患者接受潜在药物的环境中进行实验。

那么未来会怎样呢?“芯片上的身体”的概念正在研究中,多个器官芯片连接在一起,以确保每个器官脱离隔离,并与其他器官相互作用。我们已经开始研究多器官系统,如肝脏-芯片和胰腺-芯片组合模型2型糖尿病。初步结果这表明,胰岛素抵抗的肝脏芯片和胰腺芯片之间的相互作用影响胰岛素释放的方式与2型糖尿病相同一旦该系统经过全面测试,我们的目标是将其用作糖尿病目标验证的模型。

我们相信,也许在5-10年内,我们将看到“芯片上的疾病”模型取得进展,我们将能够测试新的化合物直接对抗疾病,而不是健康组织。

预测科学领域正在迅速发展。人性化的模型弥合了动物和人类之间的差距,与已使用多年的传统人体细胞培养相比,这是一个巨大的进步。它们提供了一个环境,使人体细胞的行为更像它们在体内的行为,产生有关毒性、疗效和其他关键效应的数据,这些数据比以前的方法更与患者相关。

器官芯片只是阿斯利康科学家触手可及的一系列令人兴奋的创新之一。欧洲杯微信买球如果您同意我们的观点,即最好的科学不是孤立地产生的,那么阿斯利康非常期待您的来信。欧洲杯微信买球寻找临床药理学和安全科学方面的空缺职位在这里,欲了解更多有关合作机会的资料,请访问:https://www.欧洲杯微信买球astrazeneca.com/Partnering.html


参考文献

  1. 摩根P.五维框架对阿斯利康研发生产率的影响。欧洲杯微信买球自然评论药物发现, 2018;17167 - 181
  2. KJ张成泽.利用肝脏芯片复制人类和跨物种药物毒性。科学转化医学, 2019;11日,517年
  3. 韦弗RJet al。应对药物性肝损伤的挑战:临床前预测模型的开发和部署路线图自然评论药物发现, 2019;https://doi.org/10.1038/s41573-019-0048-x
  4. 周DB.芯片上再现临床骨髓毒性和患者特异性病理生理学。Nat生物医学中, 2020;https://doi.org/10.1038/s41551-019-0495-z
  5. Bauer S等。人胰岛和肝球体芯片的功能耦合:一种新的人体外2型糖尿病模型。自然科学报告7: 14620 (2017)