爱丁堡研究人员开发一种3D打印“身体芯片”，皆在终结人体或动物实验

2023年12月28日，南极熊获悉，研究人员开发了一种革命性的3D打印设备，有望加快患者获取新药的速度，同时也消除了对动物测试的需求。

△该塑料装置使用正电子发射断层扫描(PET)扫描来生成详细的3D图像，显示器官内部发生的情况

每年全球在药物研发初期会使用数千只动物进行测试，然而，许多经过动物测试的药物最终并未展现出任何临床益处。英国爱丁堡大学的研究团队设计出了一种突破性的“身体芯片”，能够完美模拟药物在患者体内的流动情况。这种塑料装置意味着科学家们可以测试药物，观察不同器官的反应，无需进行活体动物实验。

△根据善待动物组织（PETA）2019年的一份报告，仅在美国，就有多达1亿只用于研究的动物在实验室被故意感染疾病、烧毁、中毒，最终被杀害

3D打印用于实验的“身体芯片”

该设备属于全球首创。它由3D打印机制造，包含五个隔室，模拟了人类心脏、肺部、肾脏、肝脏和大脑。这些器官通过模拟人体循环系统的通道相连，可以通过这些通道泵送新药物。

这个塑料装置利用正电子发射断层扫描（PET）生成详细的3D图像，展现微小器官内部的情况。该设备的发明者Liam Carr表示：“PET图像使我们能够确保正在测试的新药物能够均匀地流动。” PET扫描涉及向芯片注入微量放射性化合物，将信号传输到极其灵敏的相机，使科学家们能够更好地评估新药的效果。

△Adriana Tavares博士和Liam Carr手持“身体芯片”，后面是PET扫描结果图像

Carr指出：“这个设备是专门为测量药物分布而设计的，具备均匀流动的特性，并且器官隔室足够大，可以对药物吸收进行采样以进行数学建模。从本质上讲，这让我们能够观察新药物在体内的分布位置以及停留的时间，无需使用人类或动物进行测试。”

他补充道：“由于其灵活性，这个设备可以适应多种细胞模型，用于研究不同的科学问题，但潜在应用受到可用细胞模型和我们对科学问题的认识水平的制约。例如，我们可以在设备中建立脂肪肝疾病模型，并用它来观察受影响的肝脏如何影响其他器官，如心脏、大脑、肾脏等。甚至可以结合多个受影响的细胞模型，了解它们如何相互影响。”
她强调：“这个平台可以成为研究各种人类疾病的宝贵工具，如癌症、心血管疾病、神经退行性疾病和免疫疾病。”

爱丁堡心血管科学中心（CVS）的Adriana Tavares博士表示，将五个器官连接在一起的这个设备，将帮助科学家有效地研究一种新药对患者整体身体的影响。她表示：“这在医学研究中是一个非常重要的领域，因为我们不断地了解到传统上认为只影响某个器官或系统的疾病，实际上会对其它较远的器官或不同的相互关联系统，产生不同的影响。”

△Liam Carr和她的主管Adriana Tavares正在使用3D打印“身体芯片”设备

3D打印实验装置的潜在好处

她进一步补充道：“该设备展现了巨大的潜力，可以减少全球用于测试药物和其它化合物的大量动物，特别是在早期阶段，只有2%的化合物能够通过发现通道。”

除了简单地消除早期药物开发中对动物的需求外，还存在其他好处。Tavares表示：“通过使用比动物模型更能代表人类生物学的模型，这种非动物方法可以显著降低药物发现的成本，加速药物进入临床阶段，并提高我们对人类疾病系统影响的理解。”

身体芯片装置是通过国家研究用动物替代、改良和减少中心（NC3Rs）和联合利华共同资助的博士生奖学金开发的。

爱丁堡大学商业化部门爱丁堡创新中心的Susan Bodie博士表示：“我们很高兴能够支持Liam和CVS团队开发这种身体芯片，期待看到这一技术所产生的影响。这一新颖设备有助于未来新化合物和药物的测试和开发。”