“Body-on-a-chip”裝置是一種新的體外人體模型，不需要使用人或動物進行藥物發現。該芯片允許在昂貴的臨床試驗之前重現抗癌藥物對人類心臟細胞的副作用。圖片來源：Kyoto University iCeMS

京都大學日本綜合細胞材料科學研究所（iCeMS）的研究人員設計了一種小型“片上體”裝置，可以測試藥物對人體細胞的副作用。該裝置解決了當前類似微流體裝置的一些問題，并為下一代臨床前藥物測試提供了希望。

用芯片集成的心臟/癌癥(iHCC)來測試抗癌藥物阿霉素對心臟細胞的毒性。由iCeMS的Ken-ichiro Kamei領導的研究人員發現，雖然該藥物本身對心臟細胞沒有毒性，但與癌細胞相互作用產生的藥物代謝產物卻是毒性的。

這個裝置比顯微鏡載玻片還小。它包含六個小室;每兩個通道都一系列進氣口和閥門連接。氣泵控制流體通過管道的運動。每兩個腔室及其各自的微通道系統組成一個試驗臺。該設備中的三個測試床允許在每個床上引入微小的變化，以同時比較結果。

研究小組首先測試了阿霉素對微孔中單獨培養的心臟細胞和肝癌細胞的影響。該藥物對癌細胞具有預期的抗癌作用，而不會對心臟細胞造成損害。

然后他們使用iHCC設備進行測試。將心臟細胞置于一個室中，同時將肝癌細胞置于另一個室中。阿霉素被引入細胞培養基中，通過連接兩個腔室的微通道閉環系統循環，模擬血液的循環系統。通過這種方式，藥物以單向的方式通過兩個腔室，形成一個連續的循環。

該團隊在癌癥和心臟細胞中都發現了毒性跡象。他們假設一種化合物阿霉素，它是阿霉素與癌細胞相互作用的代謝副產物，導致了毒性作用。

為了驗證這一點，他們在微孔中分別培養的心臟細胞和肝癌細胞中加入了阿霉素。它對心臟細胞有毒性，但對癌細胞沒有毒性。

當在肝癌細胞中單獨添加阿霉素時，產生的阿霉素量太小，對心臟細胞沒有毒性。研究小組認為，這是因為細胞培養基的數量會稀釋代謝物。

相反，當阿霉素被引入iHCC時，代謝產物在通過微通道循環系統時不會被稀釋，因為需要更小的細胞培養體積。因此，該藥物確實通過其代謝產物對心臟細胞有毒性作用。

該裝置需要進一步改進，但研究表明，這種設計理念可以在昂貴的臨床試驗之前，用于研究抗癌藥物對心臟細胞的毒性副作用。這項研究發表在《皇家化學進展學會》雜志上。

更多信息：Ken-ichiro Kamei et al, Integrated heart/cancer on a chip to reproduce the side effects of anti-cancer drugs in vitro, RSC Adv. (2017). DOI: 10.1039/c7ra07716e