一種藥物從實驗室到藥房的旅程通常漫長而昂貴，通常需要十年或更長時間，並耗費數億美元。製藥和化學公司願意對 化學化合物 進行這些重大時間和金錢投資，這些化合物有望成為下一個偉哥、百憂解或其他重磅藥物。然而，這些實驗常常在後期被取消，因為毒副作用浮出水面。
藥物製造商可能很快就會擁有一種新工具，可以在流程的早期評估安全性，從而節省他們的金錢和時間，並消除在 活體動物 上測試早期化合物的需求。紐約州特洛伊市倫斯勒理工學院、加州大學伯克利分校和Solidus Biosciences, Inc.（一家位於倫斯勒孵化器計劃的生物技術初創公司）的研究人員在《美國國家科學院院刊》上報告稱，他們開發了生物晶片技術，有望在早期實驗中揭示化學品和候選藥物的潛在毒性。
這些生物晶片——稱為 MetaChip 和 DataChip——模擬了身體攝入藥物時的反應。MetaChip 實際上是一個玻璃載玻片，上面點綴著 20 納升的液滴——每個液滴為 200 億分之一升——其中包含人肝酶溶液；研究人員可以透過將這些化學物質引入溶液滴中並觀察它們的反應來測試化合物的毒性。DataChip 也是玻璃載玻片，但它內襯含有來自膀胱、腎臟或肝臟的細胞培養物的液滴；科學家可以透過將化學物質滴到載玻片上並測量培養物隨時間的生長或收縮來測試化學物質的安全性。這兩種生物晶片也可以串聯使用——MetaChip 可以翻轉並直接應用於 DataChip，以觀察材料如何相互作用。
支援科學新聞業
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
加州大學伯克利分校化學工程教授兼 Solidus Biosciences 聯合創始人道格拉斯·克拉克說：“我們最初的目標是透過在藥物開發過程的早期進行毒性分析來降低開發新藥的成本。” “我們希望候選藥物在篩選功效的同時也篩選毒性。最終，這將降低失敗的成本，並降低推向市場的藥物的成本。”
MetaChip 和 DataChip 現在已成為現實，因為科學家能夠分離和生成 p450 肝酶，並在液滴中製造三維細胞培養物。倫斯勒化學和生物工程教授兼 Solidus 聯合創始人喬納森·多迪克說：“很難量化生物晶片將加快開發速度和降低成本的程度。最安全的說法是，大約 70% 的藥物失敗是由於毒性造成的。如果我們能更早地發現這些，那麼這些化合物將永遠不會進入臨床試驗。每種化合物透過發現過程需要花費數億美元。”
而且這些成本還沒有考慮到大量動物不必要地遭受潛在有毒物質的侵害，即使人類的反應可能不同。“你總是要問一個問題，”多迪克說，“那就是在動物身上進行的測試是否能預測人類的反應。”
由於歐盟將於 2009 年 3 月生效的動物測試禁令，對生物晶片技術的需求無疑將上升。“我並不是說我們將消除製藥行業的動物測試，但可以在測試過程的後期進行，”多迪克說，在 MetaChips 和 DataChips 確定哪些化合物足夠安全可以進入可能需要進行此類測試的階段之後。Solidus 正在努力將其晶片商業化，並且即將與一家“大型化妝品公司”簽訂合同，克拉克說，但他拒絕透露該公司的名稱。
建立 MetaChips 和 DataChips 所需的技術在很大程度上是當今可用的。生物晶片的使用需要一臺高通量微陣列點樣機，將液體酶點放置在載玻片上。下一步涉及光學檢測系統，該系統由連線到熒光光源的攝像頭組成，以拍攝細胞培養物的數字影像並突出顯示活細胞和死細胞。多迪克說，最終目標是建立一個可以執行這兩項功能的機器。研究人員表示，生物晶片還可以用於針對不同患者群體使用不同的藥物。“最終，每個人都會有自己的 DataChip 或 MetaChip，其中包含他們自己的基因資訊，”多迪克說，並指出目前市場上大多數藥物都是“一刀切”的。
擴充套件 DataChip 的一種方法是包括代表不同器官的不同細胞型別。除了前面提到的細胞外，克拉克說研究人員現在正在開發包含心臟細胞、神經細胞和皮膚細胞的溶液。該公司還在尋找在其晶片上進行毒性測試以外的更多方法。特別是在化妝品行業，這些晶片可能有一天可以用來代替豚鼠——包括真實的和人類的——來確定毒性，以及某些化學物質是否可能在某些皮膚型別中引起過敏反應或刺激。