集成纳米电纺丝支架微流控芯片肾仿生模型构建及药物肾毒性评价研究

Using animal experiments to evaluate the toxicity of drugs is the essential part of drug development. However, the huge difference between animal models and human body, tends to generate discrepant evaluation results, causing drug developmental failure and a vast waste. With the development of modern bio-engineering and bio-functional materials, building of bionic tissues and organs in vitro has attracted widespread attention. In the light of high consistency of drug responsiveness between bionic organs and human bodies, it is possible to use bionic organs to resolve the present dilemma existed in toxicity assays during drug development.. Microfluidic chip technology, developed in recent decade, is considered to be an ideal platform for bionic organs, and has already created a variety of tissue and organ models. As an important organ for drug excretion as well as the crucial target of chemical toxicity, kidney holds good prospects in drug toxicity evaluations. . In this project we plan to build bionic kidney in microfluidic chip which mimics the microenvironment for cell growth by integration of functional nano-electrospinning scaffolds. This project will establish a new method for drug toxicity assessment based on bionic kidney and provide a vital technical support to bionic organ building and drug toxicity evaluations in drug discovery.

药物体外毒性评价是药物开发的关键步骤。然而动物模型与人体的巨大差异，往往使评价结果存在巨大偏差，导致药物研发失败，造成巨大浪费。随着现代生物工程和生物功能材料技术的发展，体外仿生组织器官构建受到广泛关注，其对药物的反应与人类组织器官对药物的反应具有高度的一致性，因此有可能利用仿生组织或器官解决目前药物开发过程中毒性评价存在的困境。. 近十几年发展起来的微流控芯片技术，被认为是构建仿生组织或器官的理想平台，已经实现了多种组织或器官的模型的构建。肾脏是药物排泄的重要器官，是化学药物毒性作用重要靶器官，因此肾脏的仿生模型在药物毒性评价中具有重要的应用前景。. 本项目拟通过集成功能纳米电纺丝支架材料，模拟体内细胞生长环境，构建微流控芯片肾仿生模型，建立基于肾仿生微流控芯片评价药物肾毒性的方法，为药物研发过程中的药性毒性评价和仿生器官构建提供重要的技术支撑。

药物体外毒性评价是药物开发的关键步骤。随着现代生物工程和生物功能材料技 术的发展，体外仿生组织器官构建受到广泛关注，其对药物的反应与人类组织器官对药物的反 应具有高度的一致性，因此有可能利用仿生组织或器官解决目前药物开发过程中毒性评价存在 的困境。 .本项目以微流控技术为核心，以组成体内重要组织的主要细胞组分、基质和流体条件为核心要素，模拟体内细胞三维生长环境，创新性地建立了仿生肾小球模型和肝-肾，肠-肾复合器官芯片模型，所构建的多器官仿生体系，能动态反映药物的代谢、吸收过程，并验证该类模型用于药物毒性评价的可行性，为毒理学评价研究提供了一个全新的平台。.通过在微流控芯片上集成纳米电纺丝和微孔滤膜以及胶原，建立微流控细胞三维培养体系，并构建了一种仿生的肾小球模型，可以模拟肾小球滤过屏障的关键成分和功能，并评估了镉诱导的肾毒性。在仿生肾小球模型的基础上，设计具有多界面的微流控芯片为细胞共培养平台，使用肝细胞和肾小球内皮细胞分别模拟肝代谢功能和肾小球滤过屏障功能，构建了一种整合的肝-肾模型，用于评估药物代谢相关的肾毒性。设计具有多界面的微流控芯片，使用肠细胞和肾小球内皮细胞分别模拟肠吸收功能和肾小球滤过屏障功能，构建了一种整合的肠-肾芯片，用于评估药物吸收相关的肾毒性。.本项目的主要研究成果发表在Lab on a Chip, Toxicology in Vitro等组织工程、毒理学、微流控芯片领域的重要刊物上。这些成果反映了肾仿生芯片在毒性评估方面的应用前景。