微生理系统之研究将彻底改变实验生物医学

　　在2014年9月，实验生物医学的年度主题将专门探讨微生理系统的生物医学，并介绍由美国国家卫生研究院（NIH）的共同基金资助的转译科学推动中心（NCATS）科学家所执行的研究成果。美国国防部研究计划推动局（DARPA）和美国食品和药物管理局（FDA）也一同参予计画之执行。该项目支持了来自20多个机构，共十四个杰出研究团队发表了许多具影响力之论文，其中包括贝勒医学院、哥伦比亚大学、康乃尔大学、杜克大学、约翰霍普金斯大学、麻萨诸塞州总医院和哈佛医学院、麻省理工学院、西北大学、诺提士(Nortis)公司、加州大学欧文分校、中佛罗里达大学、宾夕法尼亚大学、匹兹堡大学、德州大学医疗分部、以及范德堡大学等。

　　范德堡大学整合生物系统研究及教育所创所所长，也是本次专题的主编约翰威特斯沃博士在他的介绍文章中阐释了微生理系统（也常被称为器官芯片）系指建立类似人体细胞之互动式结构体。每个构建体被设计用来模拟人类器官或内脏器官区域的结构和功能，并且在与一个微生理系统连接时，它们可在体外模型中提供以极大的生理精度来研究细胞之于细胞，药物之于细胞，药物之于药物，或是器官与药物之间的相互作用。在本专题中，许多论文报导目前正在进行中微生理系统的发展与应用，像是在体外模型中的骨和软骨，脑，胃肠道，肺，肝，微血管，生殖道，骨骼肌，皮肤，和器官芯片之互连来进行生理药物动力学、药物发现和筛选，以及利用微观技术来调节干细胞分化等。威特斯沃博士提到创建微生理系统的最初动机是为了提升人类相关药物之研发与测试的效率。该技术着重应用于包括环境毒素对人类的影响，化学品及生化武器之鉴定、定性与中和无法在人体进行试验之微生物与感染性疾病，控制诱导多功能性干细胞之专一性分化，以及人体器官间之代谢与讯息传递的动态变化。

　　美国食品药品管理局国家毒理学研究中心主任，威廉史力克二世博士评论道：“目标是十年内完成这个‘人体晶片’-类似1960年代人类登陆月球之壮举，目前看来似乎不可行，但是我相信从生理/毒理学模拟人体反应之观点来看，确实是有可能的；即使最终不如预期，大量的基础生物学和生理学之整合利用也将使我们对于人类健康和疾病过程更甚了解”。

　　匹兹堡药物研发研究所大学之主任，蓝星泰勒博士提到：“这一个主题研究的专刊，汇集了在人体晶片上之佼佼者，共同讨论过去在人体晶片研究领域上的成功、未来发展过程中无限可能性之应用，以及可能面临之挑战。为了取得圆满成功，我们必须整合多个技术领域，包括微流控芯片、干细胞生物学、三维微结构/矩阵、多细胞工程、通用的血液替代品，各种生物检测技术和资料库工具，以及计算单一或是多个器官系统的电脑模型。此一创举将革命性的改变基础生物学，生理学，药理学，毒理学和药物，以及一个新的领域：定量系统药理学，因为反复性实验、疾病模型、药效学和药物动力学之计算模型是此一新领域的核心。这个人体晶片的计画应该着重在创造出具有生理意义、简易、可重复、以及具有成本效益的工具来造福整个科学界”。

　　美国国家卫生研究院转译科学推动中心的前瞻推动计画副主任，达尼罗塔格博士也说：“此一专题特刊报导了在微生理系统应用于药物安全性以及有效性的筛选这方面令人振奋的快速进展。近两年，在该领域中已有许多成果发表，这些文章阐述着杰出研究者们在实现完全整合十种器官系统为目标下，其得到之结果与发现。而这些组织抑或是器官芯片的应用对于未来科学应用与发现，更是无穷无尽的。”

　　《实验生物学与医学》期刊主编史蒂芬古德曼博士说道：“我们深感荣幸地能够发表这个“微生理系统的生物学与医学”主题专刊，约翰威特斯沃博士是值得被赞许的，他不仅集结在微生理系统中之领导者，更将此技术应用于许多方面中。微生理系统在实验生物学和医学中是拥有革命性潜力的，由于器官芯片和MPS技术之重要性，它现在已经成为实验生物学和医学系统生物学范畴中重点研究之主要领域。”