在藥物研發上，從培養皿的細胞實驗到動物實驗，似乎都不可或缺，但近年來，科學家也感受到動物實驗其實並不如預期理想，失敗機率高，畢竟在非人類動物體內和人體的藥物反應還是不同，可以說就是因為物種的基礎生理差異。例如說，心臟細胞傳遞電流的離子通道在人體內就與其他動物的不同，如果藥物原始設計是要作用在這些通道上，那麼動物實驗的結果就不可信。因此，科學家開發一種將器官和組織結構建立在晶片般大小裝置上的技術，稱作「器官晶片」(organ on a chip)，取代部份的動物實驗，如此有機會減少動物實驗的數量，更重要的是，這樣的設計可以更精準。
Heart on a Chip
美國加州大學柏克萊分校(UC Berkeley)的工程師，運用這種想法，開發了「心臟晶片」(heart on a chip)，也就是模擬心臟細胞組織狀況的裝置。這個裝置是約一英吋長的矽膠裝置，上有心肌細胞，成功地模擬心臟組織，同時證實了這個系統用在心臟用藥物的可行性。這套系統上面植入的細胞，是人體誘發的「多功能幹細胞」(human-induced pluripotent stem cells)分出的心臟細胞，這種「成體幹細胞」(adult stem cell)可以誘發成非常多種類的組織。在三維結構上，這個晶片模擬的心臟為生理系統，在幾何、組織纖維間隙和連結性都等同於人體心臟。研究員將分化出來的人體心臟細胞放入承載區域，可以想像為如同尖峰時刻乘客上捷運車廂這種方式，因為這個系統幾何設計，讓這些細胞可以單一方向、多層排列。而在細胞區域兩側的微流道，如同血管，模擬養分和藥物交換。未來，這種設計也允許研究員監測如何移除細胞的代謝產物。
藥物反應測試
在將細胞移植到這個系統後24小時內，細胞便開始正常跳動，約每分鐘55到80下。接著研究員用這個系統測試四種常用的心臟藥物isoproterenol、E-4031、verapamil、metoprolol。然後量測這四種藥物對心臟組織跳動的影響，來表示對這些藥物的反應。給予藥物isoproterenol半小時之後，研究員發現跳動從55下增加到124下。
看來，實驗單一器官-心臟，已經很成功，下一步是希望可以做到多器官間彼此影響的測試，例如，連結肝臟和心臟，看看已知在心臟作用得很好的藥物，是否在到達肝臟之後會代謝出什麼有毒性的物質。
現在平均一項藥物的開發約有30億美元花費在研發上，這樣的鉅資，如果能有良好的人體器官模擬系統，像這種「實驗室晶片」(lab on a chip)的裝置，將可以節省很大的花費和時間，同時也減少動物實驗，讓藥物開發減少更多生命的犧牲。
註: 器官晶片主要應用在器官發生學、致病機制、新藥開發…等等方面
文章參考：UC Berkeley
圖片來源：Timothy.ruban@Wikimedia Commons CC BY-SA 3.0
原文參考：Scientific Reports
