科学家开发芯片骨髓来测试新药,毒剂对骨髓的

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  科学家开发芯片骨髓来测试新药,毒剂对骨髓的影响

  2014年5月6日

  来自哈佛大学Wyss生物启发工程研究所的最新片上芯片再现了骨髓的结构,功能和细胞组成,骨髓是迄今为止只能在活体动物中完整研究的复杂组织,研究人员报告2014年5月4日,“自然方法”在线期刊。该装置被称为“芯片上的骨髓”,为科学家提供了一种急需的新工具来测试新药和有毒物质对整个骨髓的影响。

  具体而言,该装置可用于开发安全有效的策略,以预防或治疗辐射对骨髓的致死作用,而无需借助动物试验,该研究所在美国食品和药物管理局(FDA)的资助下追求挑战。在最初的测试中,工程骨髓像人类骨髓一样,响应辐射而枯萎,除非存在已知可防止辐射中毒的药物。

  骨髓上的骨髓也可以在将来用于维持癌症患者自己的骨髓,同时他或她接受骨髓损伤治疗,如放射治疗或高剂量化疗。

  “骨髓是一种令人难以置信的复杂器官,其负责产生我们体内的所有血细胞类型,并且我们的骨髓碎片能够完整地概括这种复杂性并在体外以功能形式维持它”。 Don Ingber,医学博士,博士,Wyss研究所创始主任,哈佛医学院和波士顿儿童医院血管生物学Judah Folkman教授,哈佛工程与应用科学学院生物工程教授,以及哈佛大学工程与应用科学学院生物工程学教授。论文。

  Ingber致力于开发人体器官芯片 - 模仿生命器官生理学的小型微流体装置。到目前为止,Wyss研究所的团队已经建立了肺脏,心脏,肾脏和肠道芯片,可以重现器官功能的关键方面,并且它们在工作中有更多的器官芯片。该技术因其有可能取代新药和环境毒素的动物试验而成为国际公认,并成为科学家模拟人类疾病的新途径。

  为了制造器官芯片,过去Wyss团队将塑料微流体装置上的器官的多种类型的细胞组合在一起,同时稳定地提供营养,去除废物,并施加组织将面对体内的机械力。但是骨髓是如此复杂,以至于他们需要一种模仿器官功能的新方法。

  这种复杂性的产生是因为骨髓与骨骼具有整体关系。骨髓位于骨小梁内 - 一种看起来很结实的骨骼,内部有多孔蜂窝状。整个蜂窝状态,条件各不相同。有些地方比较温暖,有些地方比较凉爽;一些是富氧的,另一些是缺氧的,并且十几种细胞类型各自具有它们自己的优选斑点。为了增加复杂性,骨髓细胞通过分泌和感知各种生物分子彼此交流,这些生物分子在局部起作用以告诉它们是否存活,死亡,专门化或繁殖。

  相关故事新的评论研究了癌症疗法对骨骼的影响早晨走路可能比降低血压的药物更好。与更大的同理心相关的迷魂药使用,创伤后应激障碍研究比试图逐个细胞再生这种复杂结构,研究人员招募老鼠去做。

  “我们想,为什么不让大自然帮助我们建立她已经知道如何建造的东西,”校长Catherine S. Spina说,他是M.D.-Ph.D.波士顿大学的候选人,Wyss研究所的研究员,以及该论文的共同主要作者。

  具体而言,Wyss Institute博士后研究员Yu-suke Torisawa和Spina将干燥的骨粉装入一个硬币电池大小的开口环形模具中,并将模具植入动物背部的皮肤下。

  八周后,他们通过手术取出模具中形成的盘状骨,并用专门的CAT扫描仪检查。扫描显示蜂窝状结构,看起来与天然骨小梁相同。

  骨髓看起来也像真的一样。

   当他们染色组织并在显微镜下检查时,骨髓里充满了血细胞,就像活体老鼠的骨髓一样。当研究人员按类型分类骨髓细胞并计算其数量时,工程化骨髓中不同类型的血液和免疫细胞的混合物与小鼠大腿骨中的相同。

  为了维持活体动物体外的工程化骨髓,研究人员通过外科手术从小鼠中取出工程骨,然后将其置于微流体装置中,模拟组织在体内的循环。

  装置中的骨髓保持健康长达一周。这通常足够长,以测试新药的毒性和有效性。

  该设备还通过了其药物测试能力的初步测试。与活小鼠的骨髓一样,这种工程骨髓也易受辐射影响 - 但FDA批准的保护受辐射患者的药物也能保护芯片上的骨髓。

  在未来,研究人员可能会在免疫缺陷小鼠中培养人骨髓。 “这可以发展成为个体化患者个性化的易于使用的基于筛查的系统”。共同作者James Collins博士说,他是Wyss研究所的核心教员和波士顿大学的William F. Warren杰出教授,他是合成生物学中心的负责人。

  芯片上的骨髓也可以产生血细胞,血细胞可以在人工循环系统中循环以提供其他芯片上器官的网络。美国国防部高级研究计划局(DARPA)正在资助Wyss研究所开发一个由十个片上器官组成的互联网络,以研究体外复杂的人体生理学。

  资料来源:哈佛大​​学Wyss生物启发工程研究所

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