生物3D打印在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物藥物測(cè)試的應(yīng)用

▍導(dǎo)讀

將藥物推向市場(chǎng)是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，成本高昂且具有挑戰(zhàn)性的過程，涉及臨床前實(shí)驗(yàn)室和動(dòng)物測(cè)試，然后才是耗時(shí)且昂貴的四個(gè)階段的人體臨床試驗(yàn)，這可能需要長(zhǎng)達(dá)7年至15年的時(shí)間，價(jià)格高達(dá)55億美元。即使10種可行的藥物化合物被確定用于人體試驗(yàn)，9種中只有1種能夠真正進(jìn)入市場(chǎng)。鑒于如此高的損耗率，生物3D打印是否可以通過更好地識(shí)別可行的化合物來節(jié)省寶貴的時(shí)間和資源，并將最有希望的藥物投入臨床試驗(yàn)?
 

✦動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的局限性✦

在藥物發(fā)現(xiàn)的最初階段（通常被稱為臨床前試驗(yàn)），將監(jiān)測(cè)新的化學(xué)實(shí)體（NCE），以確定化合物在目標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)外的生命周期(藥代動(dòng)力學(xué))和它們的化學(xué)反應(yīng)（新陳代謝）。由于圍繞人體試驗(yàn)的倫理問題及其高昂的成本，這些早期試驗(yàn)有相當(dāng)一部分是在動(dòng)物身上進(jìn)行的。
 

盡管由于采用了更好的研究工具，以及在目標(biāo)識(shí)別中人工智能的興起，從臨床前動(dòng)物測(cè)試向臨床人體試驗(yàn)的過渡有所改善，但仍然存在真正需要改進(jìn)臨床前篩查的必要，因?yàn)閯?dòng)物測(cè)試通常無(wú)法表現(xiàn)人體新陳代謝的復(fù)雜性，會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的陽(yáng)性和陰性結(jié)果，從而不能準(zhǔn)確反映藥物對(duì)人體系統(tǒng)的毒性。
 

✦3D細(xì)胞培養(yǎng)更有意義✦

考慮到動(dòng)物模型的局限性，科學(xué)家們轉(zhuǎn)向人體器官模型也就不足為奇了。但是，盡管人類細(xì)胞已經(jīng)在2D中進(jìn)行了長(zhǎng)期培養(yǎng)，近年來，范式的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致越來越多的科學(xué)家認(rèn)識(shí)到在生物打印所支持的3D環(huán)境中使用人類細(xì)胞的重要性，以便產(chǎn)生更具生理相關(guān)性的模型。通過將生物3D打印中的細(xì)胞培養(yǎng)自動(dòng)化與精心定制的生物材料（稱為生物墨水）相結(jié)合，就可以在更短的時(shí)間內(nèi)，以更大的數(shù)量培植、供給和維護(hù)人體器官模型，從而減少了在這些任務(wù)上花費(fèi)的時(shí)間和精力。實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人現(xiàn)在也可以選擇和放置大量的細(xì)胞培養(yǎng)試劑或其他NCEs和液體樣本，從而實(shí)現(xiàn)更高的通量篩選，并更有效地運(yùn)行各種其他實(shí)驗(yàn)室任務(wù)。
 

✦生物墨水更好地模仿ECM✦

生物墨水是幫助研究人員推進(jìn)藥物發(fā)現(xiàn)研究的另一個(gè)強(qiáng)有力的工具。組織特異性生物墨水改善細(xì)胞粘附和分化，幫助形成人體類器官。還可以添加蛋白質(zhì)和其他生物因子，以更準(zhǔn)確地重建細(xì)胞外基質(zhì)（ECM），再次更好地模擬體內(nèi)微環(huán)境。此外，通過多種交聯(lián)方法（化學(xué)，光，熱），可以調(diào)節(jié)構(gòu)建體的剛度以更好地服務(wù)于特定的細(xì)胞類型，例如軟骨或骨組織。
 

✦學(xué)習(xí)更多✦

生物3D打印的人體器官模型可以在藥物開發(fā)的初始階段更有效地識(shí)別可行的化合物，節(jié)省制藥行業(yè)的時(shí)間和金錢，將最有希望的化合物轉(zhuǎn)移到昂貴的人體臨床試驗(yàn)中， 該技術(shù)的影響力不斷增長(zhǎng)，意味著科學(xué)家們將繼續(xù)驗(yàn)證越來越多的應(yīng)用。