Elveflow微流控
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Elveflow微流控

用于药物开发的体外免疫器官芯片

药物只有通过临床前评估后才能获得FAD批准。这主要依赖于(1)体外细胞培养平台和(2)体内动物模型和(3)临床评估阶段(人类受试者)。许多药物在临床试验中失败,导致药物中只有1:10000的比例才能获得FAD批准并进入市场,这个比例是非常非常低的。结果是每种单一药物的开发成本可达12年,每种临床适用药物平均为17亿美元。

候选药物对人体免疫系统的影响可能是临床前和临床研究之间巨大的失败差距的原因。一方面,现有的体外平台都不能模拟细胞微环境的复杂性以及相关的生理模型。另一方面,动物模型远远无法预测人类对药物的免疫反应。

在过去的十年中,微工程和生物技术的进步已经出现,创造了所谓的“片上器官”技术。虽然是体外器件,但是这种基于微流体的技术倾向于模仿组织的生理学,复杂的生物化学微环境和细胞的重要机械约束。

Summary | The current drug development practice lacks reliable and sensitive techniques to evaluate the immunotoxicity of drug candidates, i.e., their effect on the human immune system. This, in part, has resulted in a high attrition rate for novel drugs candidates. Organ-on-chip devices have emerged as key tools that permit the study of human physiology in controlled in vivo simulating environments. Furthermore, there has been a growing interest in developing the so called “body-on-chip” devices to better predict the systemic effects of drug candidates. This review describes existing biomimetic immune organs-on-chip, highlights their physiological relevance to drug development and discovery and emphasizes the need for developing comprehensive immune system-on-chip models. Such immune models can enhance the performance of novel drug candidates during clinical trials and contribute to reducing the high attrition rate as well as the high cost associated with drug development.

来自:Shanti, A.; Teo, J.; Stefanini, C. In Vitro Immune Organs-on-Chip for Drug Development: A Review. Pharmaceutics 2018, 10, 278


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所有不同的免疫细胞都来自骨髓中发现的造血干细胞。

然后这些成血细胞分化为常见的骨髓祖细胞或常见的淋巴祖细胞。然后,第一个骨髓细胞将产生各种类型的细胞(嗜中性粒细胞、嗜碱性粒细胞、巨噬细胞……),这些细胞将扫描整个体内的组织以寻找外来抗原。后来(常见的淋巴祖细胞)会分化成淋巴细胞。T和B淋巴细胞均显示允许它们具有抗原特异性的受体。由于其特定的免疫记忆特征,这些参与者是适应性免疫的主要参与者。


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虽然对免疫系统的不同细胞成分的来源给出了很好的总结,但该图并未反映其复杂性。举个例子,我们可以提到树突状细胞(来自常见的骨髓祖细胞)通过随机的吞噬外来细胞,然后将抗原重新定位到其表面并激活辅助性T细胞来激活T辅助细胞。这些TH细胞一旦开启就可以帮助其他白细胞(B细胞的成熟、巨噬细胞的活化……)。

当需要在身体水平的整个免疫稳态来确保适当的免疫应答时,更高水平的复杂性就会发生。因此,为了设想生理学相关的免疫应答,先进的体外系统应代表每个主要的免疫器官:皮肤、肠、胸腺、骨髓、脾、肝和淋巴结。


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迄今为止,已经采用了三种策略来研究候选药物对整体免疫系统的影响:体外、体内和硅片上研究。

下表总结了与免疫系统相关的不同的器官芯片器件。


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参考文献
Shanti, A.; Teo, J.; Stefanini, C. In Vitro Immune Organs-on-Chip for Drug Development: A Review. Pharmaceutics 2018, 10, 278
The Organ Systems/Immune. (2017, July 23). Wikibooks,

微流体器官培养专用套装-Elveflow微流体灌注系统
主要优势:
(1)无脉冲
        在实验过程中完全稳定的流动
(2)受控剪切应力
        通过各种流量控制剪切应力
(3)方便易用
        实验所需组件全部在放在一个套装里面包括软件


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主要应用:
(1)芯片上的细胞培养
(2)活细胞成像
(3)细胞对介质或溶液变化的反应
(4)药物筛选
(5)毒性测试
(6)干细胞分析
(7)钙成像
(8)3D细胞培养
(9)生物反应器研究


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