生物3D打印在實驗動物藥物測試的應用

▍導讀

將藥物推向市場是一個競爭激烈，成本高昂且具有挑戰(zhàn)性的過程，涉及臨床前實驗室和動物測試，然后才是耗時且昂貴的四個階段的人體臨床試驗，這可能需要長達7年至15年的時間，價格高達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，9種中只有1種能夠真正進入市場。鑒于如此高的損耗率，生物3D打印是否可以通過更好地識別可行的化合物來節(jié)省寶貴的時間和資源，并將最有希望的藥物投入臨床試驗?
 

✦動物實驗的局限性✦

在藥物發(fā)現(xiàn)的最初階段（通常被稱為臨床前試驗），將監(jiān)測新的化學實體（NCE），以確定化合物在目標系統(tǒng)內(nèi)外的生命周期(藥代動力學)和它們的化學反應（新陳代謝）。由于圍繞人體試驗的倫理問題及其高昂的成本，這些早期試驗有相當一部分是在動物身上進行的。
 

盡管由于采用了更好的研究工具，以及在目標識別中人工智能的興起，從臨床前動物測試向臨床人體試驗的過渡有所改善，但仍然存在真正需要改進臨床前篩查的必要，因為動物測試通常無法表現(xiàn)人體新陳代謝的復雜性，會導致錯誤的陽性和陰性結果，從而不能準確反映藥物對人體系統(tǒng)的毒性。
 

✦3D細胞培養(yǎng)更有意義✦

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

✦生物墨水更好地模仿ECM✦

生物墨水是幫助研究人員推進藥物發(fā)現(xiàn)研究的另一個強有力的工具。組織特異性生物墨水改善細胞粘附和分化，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，以更準確地重建細胞外基質(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，光，熱），可以調(diào)節(jié)構建體的剛度以更好地服務于特定的細胞類型，例如軟骨或骨組織。
 

✦學習更多✦

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別可行的化合物，節(jié)省制藥行業(yè)的時間和金錢，將最有希望的化合物轉(zhuǎn)移到昂貴的人體臨床試驗中， 該技術的影響力不斷增長，意味著科學家們將繼續(xù)驗證越來越多的應用。