中藥因其成分復(fù)雜，量效毒關(guān)系不明確，因而其藥物毒性尤其是心臟毒性在日常給藥和新藥研發(fā)過程中一直備受關(guān)注。目前，中藥的臨床前研究較普遍使用的有動物實驗和體外細胞實驗。然而動物實驗有實驗周期過長、耗資巨大、存在著倫理爭議等問題；體外細胞實驗因受傳統(tǒng)孔板模型的限制，難以模擬出體內(nèi)器官組織復(fù)雜的微環(huán)境，因此在很大程度上影響其對于潛在毒性的篩查效果。而器官芯片能夠模擬人體特定器官（如心臟、肺和肝等）的結(jié)構(gòu)和復(fù)雜生理功能，提供比二維靜態(tài)細胞培養(yǎng)和動物模型更準(zhǔn)確的藥物測試數(shù)據(jù)，在藥物篩選和個性化醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，大連理工大學(xué)化工學(xué)院羅勇教授團隊的王帥等人構(gòu)建了一款模擬心臟心肌搏動和毛細血管屏障功能的心臟芯片，用于雷公藤甲素、氯化兩面針堿、莨菪堿３種藥物化學(xué)成分心臟毒性的臨床前評價，并以論文形式發(fā)表于《大連理工大學(xué)學(xué)報》。

如圖1所示，該心臟芯片為上下對齊的兩腔室結(jié)構(gòu)，上層結(jié)構(gòu)為血管屏障模塊，將原代血管內(nèi)皮細胞種植多孔膜A上；下層為心臟模塊，將心肌細胞種植下層腔室最上層的多孔膜B上，兩層多孔膜背靠背在芯片內(nèi)緊貼。每層有獨立的液體流動通道，可以實現(xiàn)每種細胞所需培養(yǎng)液的獨立供給。原代血管內(nèi)皮細胞與原代心肌細胞通過多孔膜實現(xiàn)物質(zhì)交流，在真實心臟中心肌細胞通過遍布心臟內(nèi)部的血管來進行物質(zhì)代謝，心肌細胞并沒有直接暴露在血液中，所以在器官芯片中于心肌細胞上層加一層血管模塊從仿生性角度具有現(xiàn)實根據(jù)。

圖1 心臟芯片設(shè)計圖

該心臟芯片制造組裝完成后，將兩個出液口與裝有細胞培養(yǎng)液的5ml注射器相連，使用注射泵實現(xiàn)注射器穩(wěn)定向芯片內(nèi)灌注培養(yǎng)液，芯片內(nèi)液體流向如圖2所示。其中，血管內(nèi)皮細胞層的α-MEM培養(yǎng)液流速為2μl/min；由于心肌細胞在體內(nèi)不直接接觸血液，心肌細胞層的α-MEM培養(yǎng)液流速設(shè)置為注射泵最低流速１μl/min，用５ml離心管收集芯片流出的培養(yǎng)液。

圖2 心臟芯片內(nèi)液體流向

實驗采用檢測細胞上清液中乳酸脫氫酶（LDH）、心肌肌鈣蛋白Ⅰ（cTnⅠ）的表達水平作為評價藥物心臟毒性指標(biāo)。藥物作用后培養(yǎng)液內(nèi)的LDH、cTnⅠ濃度變化都呈現(xiàn)出劑量依賴性。在低濃度下，心臟芯片中的LDH、cTnⅠ檢測值均低于孔板實驗，在較高濃度下，因為血管內(nèi)皮細胞大量死亡導(dǎo)致其屏障功能被破壞，芯片和孔板的心肌細胞受損情況更為接近。研究結(jié)果表明，與孔板模型相比，藥物經(jīng)過血管內(nèi)皮細胞層后運輸至心肌細胞這一結(jié)構(gòu)可以顯著提高心肌細胞藥物毒性的耐受性，驗證了心臟芯片的仿生性優(yōu)勢，證明本芯片有潛力成為未來檢測藥物心臟毒性的體外模型。

原文鏈接：

https://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10141-1021696842.htm

審核編輯 ：李倩