可用于测试化疗和其他抗癌药物心脏毒性的“芯片心脏”

化疗可能对心脏细胞有毒。为了帮助保护癌症患者的心脏，西达斯-西奈研究人员创造了一个三维的“芯片上的心脏”来评估药物的安全性。在期刊上发表的一项研究中…

　　

Cedars-Sinai医院的研究人员使用一种独特的3D芯片来检查化疗对不同类型心脏细胞的影响

化疗可能对心脏细胞有毒。为了帮助保护癌症患者的心脏，西达斯-西奈研究人员创造了一个三维的“芯片上的心脏”来评估药物的安全性。在发表在《Lab on a Chip》杂志上的一项研究中，他们展示了用干细胞制造的芯片上的心脏，准确地预测了药物对人类心脏细胞的影响。

研究人员使用了诱导多能干细胞，这是一种被重新编程为干细胞的血细胞，可以转化为体内任何类型的细胞。他们用干细胞制造了两种类型的心脏细胞，但研究人员没有像心脏毒性测试中通常做的那样，将它们全部放在一个无结构的细胞培养皿中，而是将细胞引入专门的芯片中。

3D芯片的特点是两个通道相互交叉，使每种细胞类型保持分离，但允许它们相互作用。芯片还允许移动和引入液体。

“我们培养了心肌细胞和血管细胞，”Arun Sharma博士说，他是这项研究的高级作者。“该芯片允许我们前后拉伸细胞来模拟心跳，并引入液体来模拟血液流经心脏。这就像给细胞一个锻炼，加强肌肉细胞，让血管细胞形成迷你血管状结构。”

心脏细胞3D芯片中跳动。资料来源The Sharma Lab at Cedars-Sinai

Sharma说，这些“成熟”的细胞为药物毒性研究提供了一个更好的测试平台，因为它们比没有经历这种成熟过程的细胞更接近成人心脏细胞的功能。

为了证明芯片上心脏作为药物测试平台的能力，研究小组，包括第一作者和博士后研究员 Maedeh Mozneb博士，将心脏芯片放置在一种称为VEGFR/ PDGFR抑制酪氨酸激酶抑制剂的化疗药物中，这种药物已知对心肌和血管细胞有不利影响。在心脏芯片中观察到两种细胞类型的损伤。

如果未来的研究继续显示出良好的结果，芯片上的心脏技术可以显著降低药物开发成本，提高新疗法的可用性。

这些心脏芯片的另一个未来可能性是创造针对患者的芯片，以个性化癌症治疗。

Sharma说:“如果癌症患者接受的治疗可能对他们的心脏产生不利影响，我们可以从他们的一小部分血液样本中制造出诱导多能干细胞。我们可以将这些干细胞转化为心肌和血管细胞，并将它们放在一个芯片上，作为一个个性化的化身，了解那个人的心脏对治疗的反应。”这是这项技术最令人兴奋的应用之一，真正推动了医院的个性化医疗。”

另一种可能性是将这些芯片应用到单个器官之外。

“我们最终希望把各种各样的器官模型结合在一起，”再生医学研究所理事会执行董事、该研究的合著者Clive Svendsen博士说。“我的实验室一直在微调这项技术，以帮助我们开发神经系统疾病的模型，我们研究所的其他实验室一直在研究肝脏和肠道微生物组的芯片。将所有这些芯片整合在一起，创造一个‘芯片上的病人’模式，是我们精准医疗长期愿景的一部分。”