该技术旨在解决严重依赖动物测试的传统心血管药物开发的局限性。通过复制用于研究心血管疾病的类人模型，HoC系统有望帮助取代动物试验、缩短药物开发时间并降低成本。NIST团队的研究结果发表在LabonaChip上。

HoC是一种在小上模拟心脏内细胞复杂相互作用的设备，是更大的器官(OoC)套件的一部分。心脏的实际设计各不相同，但它通常是一个小型、透明或半透明的，由印刷在聚合物层上的微通道网络组成。

这些微通道经过精心设计，模仿人类心脏中的血管。研究人员将人类心脏细胞放入这些微通道中来操纵和观察它们的行为。研究人员可以独立刺激它们或观察它们在不同条件下的行为，例如引入药物。

领导该HoC系统开发的NIST研究员DarwinReyes表示：“心脏的设计目的是模仿真实心脏的状况。”“我们可以操纵环境，将干细胞转变为心脏细胞，并使它们收缩和放松，就像它们在体内产生心跳一样。”

器官系统的“心脏”在于一种称为微流体的东西，它本质上是一个微型管道系统，研究人员可以在其中精确控制和操纵微量液体。研究人员使用微流体在实验室的小上创建先进的器官和组织模型。

“本身可以用于许多不同的细胞类型，”雷耶斯说。“特别是在这个项目中，我们使用心脏细胞，但您可以将系统的定制版本与其他细胞一起使用，以视觉和电子方式监测它们的行为。”

“器官”的概念不仅仅局限于心脏。研究人员可以制造模拟各种器官状况的，这些甚至可以互连形成多器官系统。例如，您可以将心脏连接到肝脏，以模拟心脏和肝脏如何相互作用以响应某些药物或医疗状况。这种方法可以更全面地了解人体不同器官如何协同运作。

重新思考动物测试

在传统的药物开发中，动物经常被用作试验对象。然而，动物生理学并不完全符合人类生理学。一种药物可能会通过动物试验，但可能会在人体试验中失败。这不仅延误了药物测试过程，而且使人体测试对象面临药物不良反应的风险。此外，关于动物试验的伦理考虑一直存在争论。

“最终目标是，如果可能的话，能够完全跳过动物测试，”雷耶斯说。“这也将缩短测试药物所需的时间，从而有望降低药物成本。”

2022年，乔·总统签署FDA现代化法案2.0成为法律。该法案实质上修订了1938年的《联邦食品、药品和化妆品法案》，该法案强制要求每项新药开发方案都必须进行动物测试。虽然在过去的一个世纪里，该指令的目的是确保药物和医疗器械的某些质量和安全标准，但最近科学的进步已经开始为动物测试提供越来越可行的替代方案，包括器官系统。

器官技术标准化的全球合作

开发这项新技术并不是凭空完成的。世界各地的研究人员正在研究类似的微流体装置，以开创药物开发的新时代。然而，为了使这成为现实，需要标准化——为这些技术建立一致的指导方针和规则。这不仅有助于获得监管部门的批准，还可以确保科学、工业和医学界更好地接受。NIST与全球科学组织一起积极参与制定该技术的标准。

“除了目前正在进行的工作和我们的发展方向之外，合作研究越多，这项技术就会越好，”雷耶斯说。

拓展心血管领域之外的视野

虽然HoC专注于心血管药物开发，但OoC的能力超出了特定器官的范围。该系统可应用于各种细胞类型，包括与癌症研究相关的细胞类型。

“我们正处于了解如何实时跟踪癌细胞的运动和侵袭性的测试阶段，”雷耶斯分享道。“我们希望，在未来，通过更多的测试，该系统也许能够提供癌细胞侵袭性的测量结果，从而有助于诊断。”

这项新技术以严格的标准为基础，标志着药物开发的未来迈出了重要一步，未来药物开发的特点是精确、高效和高度的道德考虑。