前不久，Hesperos公司（Hesperos, Inc.）通過向其專利性多器官微流控設(shè)備系統(tǒng)中添加新的體外、人類神經(jīng)肌肉模型，提高了自身開創(chuàng)性的人類-芯片（human-on-a-chip）藥物測試能力。神經(jīng)肌肉接頭功能異常與神經(jīng)退行性疾病有關(guān)，比如肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）和脊髓性肌萎縮癥（SMA）。而人類模型對于開發(fā)和選擇治療這些疾病的有效藥物是至關(guān)重要的。

公司首席科學(xué)官James Hickman最近發(fā)表了一篇論文，對這項突破性技術(shù)進行了描述。James Hickman來自佛羅里達(dá)大學(xué)混合系統(tǒng)實驗室（Hybrid Systems Laboratory）?！案杉?xì)胞衍生的表型人類神經(jīng)肌肉接頭模型能夠評估治療藥物的劑量反應(yīng)?！边@項技術(shù)已授權(quán)給Hesperos公司，目前可以進行收費分析化驗。

BioMEMs構(gòu)想是首創(chuàng)性的。與其他在共同培養(yǎng)中檢測神經(jīng)肌肉功能或使用生物標(biāo)志物活動和蛋白分析的測試不同，Hickman的模型是一個運作平臺，能夠重新建立人類神經(jīng)元和骨骼肌之間的連接。這種區(qū)室化、無血清的微流控裝置是用擁有微小隧道的薄硅膜制成的。人類干細(xì)胞培育出的神經(jīng)細(xì)胞（運動神經(jīng)元）和骨骼肌細(xì)胞（成肌細(xì)胞）分別被置于微管膜的對側(cè)，形成一個提供電學(xué)和化學(xué)隔離的屏障。

經(jīng)過幾天時間，肌肉細(xì)胞融合形成肌纖維（肌管）。運動神經(jīng)元發(fā)出軸突（從神經(jīng)細(xì)胞體向外傳導(dǎo)電脈沖的細(xì)長突出部分）穿過微隧道并與肌管形成神經(jīng)肌肉接頭。這些接頭成為兩種細(xì)胞之間溝通交流的橋梁，與人體內(nèi)的情形相似。最終，微小的肌肉能夠被運動神經(jīng)元激活或直接電刺激產(chǎn)生收縮反應(yīng)。

藥物能夠運用到該模型上——單次給藥或長時間的多次給藥，模擬真實藥物評估條件——以測量肌肉系統(tǒng)如何反應(yīng)。這項研究由美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）資助，Hickman描述了他的團隊獲得的以下3種藥物生成的劑量反應(yīng)曲線：箭毒毒素（curare toxin）、α金環(huán)蛇毒素（alpha bungarotoxin）和獲批藥物肉毒桿菌毒素（botulinum toxin，BOTOX?）。

在全部4次刺激頻率測試中，研究結(jié)果都與體內(nèi)（活體人類）數(shù)據(jù)密切匹配，說明該模型能夠極其精準(zhǔn)地復(fù)制活體人類系統(tǒng)，允許進行快速、現(xiàn)實、非侵入性的藥物測試——而不是使用動物模型。

Hesperos公司因其創(chuàng)新的動物測試替代方案而受到認(rèn)可，其中包括2015年國際反動物測試科學(xué)獎（2015 Lush Prize for Science）。使用活體動物測試藥物除了倫理道德的考慮之外，動物測試還存在不準(zhǔn)確的問題。在每50種動物測試安全的藥物中，只有一種對人類也是安全的，并且FDA基于動物測試批準(zhǔn)藥物的過程也十分漫長。

與之相對，Hickman模型產(chǎn)生出的功能性資料與臨床醫(yī)生在人體臨床試驗中觀察的現(xiàn)象緊密關(guān)聯(lián)。這將有助于為未來臨床試驗的設(shè)計提供信息，并縮短藥物開發(fā)的時間。

“在量化不同作用方式的神經(jīng)肌肉阻滯劑造成的功能缺失程度方面，該模型的敏感性提供了一種高度準(zhǔn)確和靈敏的新藥篩選工具，”Hickman說，“它也能夠允許我們觀察神經(jīng)肌肉系統(tǒng)隨疾病發(fā)展的行為，并能夠根據(jù)患者的病情和經(jīng)歷指導(dǎo)治療方案的選擇。”

“隨著這種針對病變運動神經(jīng)元或肌肉的系統(tǒng)在未來的發(fā)展，它也可以用于為其他神經(jīng)肌肉疾病開發(fā)藥物，”Hesperos公司總裁兼首席執(zhí)行官、康奈爾大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系創(chuàng)始主任 Michael Shuler補充說，“我們很高興能將這個技術(shù)添加到我們的人類-芯片‘工具包’中。”