最近，來自美國休斯敦大學和西安交通大學的生物醫(yī)學工程師，開發(fā)了一種微型3D芯片，用于腦瘤患者的藥物篩選。這種設備可在相對較低的成本上實現(xiàn)個性化的抗癌療法。

　　雖然細胞芯片（將活細胞排列到固體表面上，分析大量的生物材料）廣泛出現(xiàn)在生物醫(yī)學中，但是目前大多數(shù)技術(shù)只使用2D細胞培養(yǎng)。因為這些2D設計不能反映大多數(shù)組織的原始大環(huán)境，它們在藥物篩選和臨床應用中只有有限的價值。

　　美國休斯敦大學的MetinAkay帶領的研究小組，開發(fā)了一種藥物篩選裝置，用于侵襲性腫瘤（稱為多形性膠質(zhì)母細胞瘤腦，GBM）的治療。Akay說：“GBM是繼白血病后的第二大致命癌癥，診斷后的平均生存期僅為15至16個月。我們的目標是開發(fā)一種新型的、三維水凝膠為基礎的系統(tǒng)，用于藥物發(fā)現(xiàn)和測試藥物療效。”

　　用于藥物篩選的大多數(shù)細胞芯片，被設計成具有微流體通道——是由稱為聚（二甲基硅氧烷）（PDMS）的橡膠材料制成的，不能模擬天然的細胞環(huán)境。為了克服這一限制，Akay的團隊使用了一種新的凝膠稱為聚（乙烯）乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）來創(chuàng)建他們自己的芯片。PEGDA水凝膠能透過水和生物分子，所以它可讓芯片攜帶的化學品“智能釋放”。芯片在研究小組創(chuàng)建的3D大環(huán)境中釋放這些化學物質(zhì)，并測試藥物的反應。

　　由于3-D組織模型的最新發(fā)展，該研究團隊創(chuàng)造了更真實的細胞-細胞/細胞-基質(zhì)相互作用，以模仿在體內(nèi)環(huán)境中的藥物篩選。Akay指出：“我們開發(fā)的平臺將在該領域有巨大的作用，因為它能夠使用來自活檢的一個非常小的樣本，并測試在臨床環(huán)境以外哪些藥物組合和劑量最有效。”

　　為了將芯片應用于膠質(zhì)瘤的藥物篩選，該研究團隊選擇了兩種FDA批準的抗癌藥物（匹伐他汀和伊立替康）。Akay說：“首先，有一些污染，最初讓人失望。但是，在平臺中，我們開始看到，在體外利用簡單的樣品，通過注入腫瘤，我們就可以在7至14天的時間內(nèi)，建立這些美麗的球體（體外培養(yǎng)的癌細胞的聚集）。”

　　在對該設備進行調(diào)整后，該研究團隊成功地演示了，該芯片在GBM球體上可調(diào)節(jié)地釋放抗癌藥及其在周邊大環(huán)境中測試藥物反應的能力。藥物應用后的4天時間內(nèi)，該設備提供了藥物篩選結(jié)果。

　　芝加哥大學的生物系統(tǒng)工程師SavasTay沒有參與這項研究，但是他指出：“將水凝膠和微流體通道的快速印刷相結(jié)合，是一項偉大的技術(shù)。在其目前的形式中，芯片需要進一步優(yōu)化和表征以用于藥物篩選。藥物和細胞分泌的分子通過水凝膠的擴散，可能造成交叉污染的問題，影響讀數(shù)的準確性。這應該得以更好的表征，并采取策略使各種條件之間的交叉污染最小化。”

　　Akay解釋說：“因為該芯片設備是可擴展的，因此該研究團隊在將來可以調(diào)整輸入的數(shù)量，以同時適應不同數(shù)量的藥物。此外，我們將使用新鮮切除的人類組織，而不是細胞系，與化療和免疫治療藥物相結(jié)合用于治療。”

　　在未來的應用中，該研究小組打算使用這種芯片，用患者活檢獲得的組織樣本來培養(yǎng)微小的組織樣本。這種三維細胞培養(yǎng)平臺可以為臨床前研究提供有用的和具有成本效益的篩選，特別是在發(fā)展中國家。Akay說：“我們的目標是開發(fā)某種技術(shù)，降低醫(yī)療成本，也增加早期確診患者的福利，并帶來更好的療法”。

　　2015年2月，芝加哥大學醫(yī)學院的研究人員建立了一種模型系統(tǒng)，使用來自患者的多種細胞類型，快速測試可阻斷卵巢癌早期轉(zhuǎn)移步驟的化合物。

　　盡管癌癥干細胞（CSC）已成為一個很有前途的研究對象，但是它們很稀少，而分離起來也相當復雜，這使得它們難以應用于藥物篩選。最近，佛羅里達大學的研究人員開發(fā)出一種新方法，有望克服這一障礙，在微型芯片平臺上實現(xiàn)藥物篩選。

　　今年6月份，美國約翰霍普金斯大學的研究人員報道稱，一種實驗室培養(yǎng)的人類神經(jīng)細胞可與心肌細胞搭檔，來刺激收縮。因為加速心跳的神經(jīng)細胞來自于由人類皮膚細胞制成的誘導多能干細胞（iPS），因此研究人員認為，這些細胞——稱為交感神經(jīng)細胞，將有助于我們研究影響神經(jīng)系統(tǒng)的疾病。