2019科創講堂

從動物試驗到組織晶片 : 談臨床前藥物測試的現在與未來

講者/蘇裕家(財團法人國家實驗研究院國家實驗動物中心副研究員)

撰文/整理/科學人
2019/05/06

2019科創講堂

從動物試驗到組織晶片 : 談臨床前藥物測試的現在與未來

講者/蘇裕家(財團法人國家實驗研究院國家實驗動物中心副研究員)

撰文/整理/科學人
2019/05/06


自 2008 年起 FDA 核准上市藥物逐漸上升,醫藥產業發展看似欣欣向榮,充滿前景,然而在此風光的背後,醫藥研發是一段漫長又縝密的驗證過程,蘇裕家說明,新藥上市前必須接受約 12-15 年的試驗期程,必須經過藥物探索、新藥確效、臨床前試驗等階段,最後通過臨床試驗才得以上市。


蘇裕家說明,在法規要求下,新藥必須進行臨床前動物試驗,取得充分資訊後才得以進入人體的臨床試驗,以腫瘤藥物為例,目前市面上的藥物很多是建立在小鼠的腫瘤試驗。 然而,小鼠的腫瘤與人的腫瘤相異,同樣的藥物對於小鼠腫瘤有治療效果,卻不一定對人類腫瘤有效。 因此在沒有適當的人類疾病動物模式之下,通過臨床前試驗的藥物,仍大約有高達 90% 的藥物會在臨床試驗階段遭受失敗。


利用高度免疫缺陷鼠精準測試藥物成效


蘇裕家表示,從前幸運的腫瘤病人可以使用第一線藥物就獲得有效治療,但也有很多病人是必須試了第二線、第三線藥物才找到適合的治療方式。 因此,國家實驗動物中心成功研發國產高度免疫缺陷鼠 ASID 小鼠,可以讓病患的腫瘤細胞在這種小鼠身上生長。 透過將病患腫瘤細胞異體移植(簡稱 PDX ) 至 ASID 小鼠,就如同建立病患的分身一樣,透過動物試驗加速找到病患個人化的醫療策略,實現精準醫療的目標。 此外,由於近年來腫瘤免疫療法的威力強大,為了讓前述的 PDX 模式也可以應用在腫瘤免疫療法的測試上,也可以在 ASID 小鼠上先建立好人類的免疫系統,再進行 PDX 模式建立,就可以測試哪一種免疫療法適合治療這個病患的腫瘤。


未來趨勢以組織晶片取代動物實驗


近年來人類對於動物保護的意識逐漸升高,隨著科技的進步,組織晶片在未來也許可以取代活體動物,進行更有效率、更精確的試驗。組織晶片是生物晶片未來重要的研發方向,其三大重點構成元素包括:1) 具有初代細胞或腫瘤細胞 2) 利用各種晶片構造,模擬組織中細胞分佈與排列 3) 具有好的灌流培養系統。


蘇裕家說明,傳統方式組織切片培養方法,可以將正常組織或腫瘤修剪成 5-10 mm 的組織塊,再把這些組織塊切成 200-300 mm 厚薄的組織片,把組織片進行培養及藥物處理後,約 72-96 小時後就可以分析這些藥物對於正常組織或腫瘤的影響。近年來隨著技術進步,發現利用「條件式再程序化」方法(Conditional reprogramming,簡稱 CR),可以提升腫瘤細胞存活率,並且可再生長成更大顆的腫瘤組織,有助於後續腫瘤儲存及基因分析的研究。


組織晶片可應用的範圍非常廣泛,除了腫瘤疾病研究,也可以培養正常組織細胞,例如透過組織晶片模擬肝臟功能,用以觀察藥物代謝性,如果疾病是不同組織或器官之間交互作用造成的,就可以透過灌流培養系統結合多重組織晶片,目前最新研究已可做到將肝臟、心臟、骨隨、腦四種組織晶片結合起來,觀察交互的影響和反應,也可應用於一些毒理相關的試驗。


隨著組織晶片的進步,未來應該不僅可以取代動物實驗,提升動物福祉,更可以利用誘導型多潛能幹細胞製作人類組織晶片,並以晶片來源的差別,針對各種基因型、年紀、性別等條件進行測試,實現真正的個人化精準醫療。