“芯片上的肾脏”可能会导致更安全的药物剂量

密歇根大学的研究人员使用一种“芯片上的肾脏”设备来模拟药物在人体肾脏中的流动，并测量其对肾脏细胞的影响。

这项新技术可能会导致更精确的药物剂量，包括一些经常在重症监护病房使用的潜在毒性药物。

在重症监护病房，精确的剂量是至关重要的，因为多达三分之二的患者在重症监护病房经历了严重的肾脏损伤。在超过20%的病例中，药物会导致这种损伤，主要是因为许多重症监护药物对肾脏有潜在的危险。

然而，确定安全剂量可能会出奇地困难。今天，医生和药物开发人员主要依靠动物试验来测量药物的毒性和确定安全剂量。但是动物比人类更快地处理药物，这使得很难解释测试结果，有时导致研究人员低估了毒性。

这新技术提供更准确的方法来测试药物，密切复制人类肾内的环境。它使用微流体芯片装置来提供精确的流量药物治疗整个培养的肾细胞。这被认为是第一次使用这种设备来研究药物在体内随时间的变化，称为“药代动力学剖面”。

“当你施用药物时，它的浓度迅速上升，随着它流经肾脏的流动逐渐筛选出来，”生物医学工程教授水平高山山说。“芯片上的肾脏使我们能够模拟这种过滤过程，为研究药物在体内的表现方式提供更准确的方式。”

Takayama表示，使用人工设备提供了在受控环境中测试后运行测试的机会。它还使研究人员能够改变通过设备的流量来模拟不同水平的肾功能。

“即使是同一种药物的相同剂量，对肾脏和其他器官的影响也会非常不同，这取决于它如何使用，”前密歇根大学研究员、韩国首尔国立大学本当医院副教授Sejoong Kim说。“该设备提供了一种统一、廉价的方式来捕捉更准确地反映真实人类患者的数据。”

在研究中，团队通过比较两种不同给药方案的庆大霉素，一种常用的抗生素来测试其方法重症监护单位。它们使用微流体装置，将薄，可渗透的聚酯膜和底部隔室之间的培养肾细胞夹在一起。

然后，他们将庆大霉素溶液泵入顶部隔间，在那里，庆大霉素溶液逐渐通过细胞和膜过滤，模拟药物在人体肾脏中的流动。一项测试以高浓度开始，然后迅速减少，模拟每天一次的药物剂量。另一项试验模拟缓慢输注药物，使用较低的浓度保持不变。高山博士的研究小组随后测量了地震的破坏程度肾细胞内的设备。

他们发现，每日药物的药物都比连续输注显着较小 - 即使这两种情况最终都递送了相同剂量的药物。测试结果可以帮助医生在未来更好地优化庆大霉素的给药方案。也许最重要的是，他们表明芯片上的肾脏设备可以用来研究药物在人体器官中的流动。

“我们能够获得更好地与人体生理学相关的结果，至少在给药效果方面，而不是目前可能从常见的动物测试中获得，”Takayama说。“未来的目标是将这些设备改进到我们能够从时刻看到药物如何影响身体的程度。”

高山表示，研究中使用的技术应普遍地宽容各种其他器官和药物，使研究人员能够收集有关药物，肝脏和其他器官的详细信息。除了帮助研究人员微调药物给药方案外，他认为该技术还可以帮助制造商更有效地测试药物，使新的药物更快地推向市场。

高山博士预计，在未来几年内，人们将发明出一种集成设备，这种设备可以快速测试多种药物治疗方案，并提供各种药物如何影响人体器官的信息。PHASIQ是由Takayama与密歇根大学技术转移办公室联合成立的一家位于安阿伯的分支公司，正在将这种技术的生物标记读取技术商业化。

该研究，在期刊上发表生物制造，标题为“降低庆大霉素在芯片上灌注肾中的肾毒性的药代动力学谱”。

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