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類器官在工業(yè)中的應(yīng)用：通過電生理學(xué)方法加速藥物研發(fā)

來源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2025年07月21日 06:03

類器官在工業(yè)中的應(yīng)用：通過電生理學(xué)方法加速藥物研發(fā)

日期：2025-07-21 06:02

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摘要：近年來，類器官的使用已成為生物醫(yī)學(xué)研究中的一項(xiàng)變革性工具，提供了3D的、生理學(xué)相關(guān)的人體組織模型。在類器官的眾多應(yīng)用中，其在電生理學(xué)中的使用正日益受到關(guān)注，尤其是在制藥和生物技術(shù)行業(yè)。了解這些企業(yè)如何通過類器官加強(qiáng)藥物發(fā)現(xiàn)和臨床前測(cè)試，從而開發(fā)出更有效、更安全的療法。

近年來，類器官的使用已成為生物醫(yī)學(xué)研究中的一項(xiàng)變革性工具，提供了三維的、生理學(xué)相關(guān)的人體組織模型。在類器官的眾多應(yīng)用中，其在電生理學(xué)中的使用正日益受到關(guān)注，尤其是在制藥和生物技術(shù)行業(yè)。通過利用類器官電生理學(xué)，企業(yè)可以加強(qiáng)藥物發(fā)現(xiàn)和臨床前測(cè)試，從而開發(fā)出更有效、更安全的療法。

類器官在工業(yè)中的作用
制藥和生物技術(shù)公司越來越多地利用類器官模型來復(fù)制人體的器官功能，為研究疾病和篩選候選藥物提供了比傳統(tǒng)動(dòng)物模型更優(yōu)的平臺(tái)。源自誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）或患者組織的類器官具有關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，包括遺傳保真性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性以及模擬器官特異性電生理特性的能力。

類器官電生理學(xué)優(yōu)勢(shì)
電生理學(xué)（研究生物組織中電特性的學(xué)科）在神經(jīng)科學(xué)和心臟病學(xué)等領(lǐng)域的藥物開發(fā)中尤為重要。通過將電生理學(xué)技術(shù)整合到類器官模型中，企業(yè)可以：

改進(jìn)藥物篩選：具有功能性離子通道和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的類器官能夠?qū)ι窠?jīng)活性藥物和心臟毒性藥物進(jìn)行高通量篩選。增強(qiáng)疾病建模：電生理學(xué)評(píng)估有助于復(fù)現(xiàn)癲癇、心律失常和神經(jīng)退行性疾病等病理狀態(tài)。減少對(duì)動(dòng)物模型的依賴：類器官系統(tǒng)為傳統(tǒng)動(dòng)物研究提供了與人類相關(guān)的替代方案，提高了轉(zhuǎn)化準(zhǔn)確性。

在制藥和生物技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用

神經(jīng)系統(tǒng)疾病與藥物發(fā)現(xiàn)

開發(fā)針對(duì)阿爾茨海默病、帕金森病和癲癇等神經(jīng)系統(tǒng)疾病療法的公司利用腦類器官研究神經(jīng)元活動(dòng)和突觸功能。通過微電極陣列（也稱為“多電極陣列”或“MEAs”）和膜片鉗電生理學(xué)等技術(shù)，研究人員可以觀察神經(jīng)元對(duì)不同化合物的反應(yīng)，從而改進(jìn)臨床試驗(yàn)候選藥物的篩選。

例如：一些生物技術(shù)公司將腦類器官與電生理學(xué)評(píng)估相結(jié)合，在與人類神經(jīng)組織高度相似的模型中測(cè)試藥物的療效和毒性。

圖1. 在Mesh MEA上培養(yǎng)的人腦類器官用于電生理記錄。圖像由德克薩斯大學(xué)圣安東尼奧分校Jenny Hsieh實(shí)驗(yàn)室提供，展示了用于研究癲癇模型的人腦類器官（類器官培養(yǎng)及顯微圖像由Sara Mirsadeghi完成）

圖2. Mesh MEA上的神經(jīng)球體。軌跡（右上）記錄了與球體接觸的四個(gè)電極的信號(hào)，尖峰信號(hào)（右下）通過6-sigma閾值識(shí)別。數(shù)據(jù)和圖像由德國(guó)羅伊特林根NMI自然與醫(yī)學(xué)科學(xué)研究所的Tom Stumpp和Peter Jones博士提供。

心臟藥物開發(fā)

整合電生理監(jiān)測(cè)的心臟類器官使研究人員能夠評(píng)估藥物對(duì)心律和離子通道功能的影響。此類模型對(duì)于評(píng)估新藥相關(guān)的致心律失常風(fēng)險(xiǎn)至關(guān)重要。

示例：一些機(jī)構(gòu)正在使用工程化心臟組織（EHTs）和心臟類器官來預(yù)測(cè)藥物誘導(dǎo)的心臟毒性，從而降低患者發(fā)生不良心臟事件的可能性。

使用Mesh MEA和IntraCell進(jìn)行藥物篩選

心臟類器官能夠自我組織，甚至在某些情況下形成腔室，為研究藥物效應(yīng)和心臟病理生理學(xué)提供了比二維培養(yǎng)更具生理相關(guān)性的模型。Mesh MEA可對(duì)類器官內(nèi)的協(xié)調(diào)活動(dòng)和信號(hào)傳播進(jìn)行電學(xué)測(cè)量。

心臟類器官為研究藥物的逆向效應(yīng)或誘導(dǎo)疾病狀態(tài)提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì)。通過IntraCell的基于激光的光穿孔技術(shù)，可從類器官內(nèi)部記錄細(xì)胞內(nèi)動(dòng)作電位數(shù)據(jù)；通過Mesh MEA則可從類器官內(nèi)部記錄細(xì)胞外場(chǎng)電位數(shù)據(jù)，同時(shí)保持類器官形態(tài)并采集真實(shí)數(shù)據(jù)。由于IntraCell和Mesh MEA均在不損傷類器官的情況下采集數(shù)據(jù)，類器官可長(zhǎng)期存活，這意味著這些系統(tǒng)可用于急性研究和長(zhǎng)期研究。

挑戰(zhàn)與未來展望

盡管類器官電生理學(xué)前景廣闊，但仍面臨一些挑戰(zhàn)：

可擴(kuò)展性：為高通量應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化類器官生產(chǎn)仍是一大障礙。復(fù)雜性：復(fù)現(xiàn)完整器官功能（包括血管化和免疫相互作用）仍是一項(xiàng)持續(xù)挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)解讀：電生理學(xué)可能生成大量數(shù)據(jù)集需要分析。先進(jìn)分析和人工智能分析可幫助克服這一挑戰(zhàn)。

隨著技術(shù)進(jìn)步，類器官與生物電子系統(tǒng)、人工智能及芯片實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)的整合將進(jìn)一步增強(qiáng)藥物發(fā)現(xiàn)和個(gè)性化醫(yī)療方法。

類器官電生理學(xué)通過提供與人類相關(guān)的測(cè)試和研究模型，正在徹底改變藥物發(fā)現(xiàn)。利用這一技術(shù)的制藥和生物技術(shù)公司有望提高藥物療效、降低開發(fā)成本并加速挽救生命的療法上市。隨著該領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，基于類器官的平臺(tái)將在塑造精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和疾病建模的未來中發(fā)揮日益關(guān)鍵的作用。

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