心脏-乳腺癌芯片监测系统

乳腺癌是世界各地女性最常见的癌症，人们花费了很多精力来开发治疗这种疾病的疗法。在这些治疗方法中，化疗已被证明是最有效的方法之一;然而，在这些治疗中使用的药物可能有不良的副作用，其中最严重的是对心脏的毒性。除了心脏组织损伤外，乳腺癌化疗药物也会影响心脏的泵送能力或导致临床心力衰竭。

为了避免这些问题的发生，努力进行监控心正在接受化疗的病人乳腺癌并相应地调整他们的治疗水平。目前监测心脏的方法包括使用超声心动图和其他成像程序，以及心脏活组织检查。但是成像方法只能检测到晚期，不可逆的心力衰竭，而且活检对患者具有高度的侵入性和身体上的痛苦。

在实验室里可以建立替代的监测系统来模拟体内发生的情况。这些芯片上的器官模型由一个硅芯片组成，其中有用于培养特定类型的活体人体组织的隔间。隔间与微流体通道相连，氧气和营养介质通过微流体通道泵送和循环。的组织细胞正常情况下，在周围的介质中分泌一种叫做生物标记的分子，这是它们健康和功能的良好指标。然后可以测量这些生物标记物的水平，以确定组织的状况。

最近，一些方法已经成功地建立了简单的系统来监测乳房的心脏毒性癌症但迄今为止，很少有人尝试在更大、更全面、更可靠的模型中建立这样的系统。

一个合作团队，包括Terasaki生物医学创新研究所的一个小组，已经开发了一个器官芯片系统，更广泛地检查乳腺癌和心脏组织对治疗乳腺癌药物的反应。对于他们的系统，他们选择了测量两个由健康心脏细胞产生的心脏生物标志物和一个由活跃生长的乳腺癌细胞产生的生物标志物。这项研究包括对健康和人工损伤的心脏组织的测试，以反映乳腺癌患者在化疗前可能的心脏状况。他们还为该系统设计了附加功能，以提高其能力。

该团队设计了一个芯片系统，有两个独立的隔间组织乳腺癌的培养和健康或人工诱导的受损心脏组织;这些隔间通过通道连接，允许它们之间的自由流动流动。为了更紧密地再现天然身体组织的力学性能，通过在凝胶状物质中封闭心脏或乳腺癌细胞的微小球体来制备组织培养物。芯片循环流体系统的预定控制确保组织接受氧气，营养培养基和化学治疗药物交付。

“这项工作建立了乳腺癌化疗监测心脏毒性的重要模型，”李崎研究所的研究团队的一部分，第一作者Junmin Lee，Ph.。“我们成功地形成了紧密模仿身体组织的心脏和乳腺癌组织，我们开发了一种改进的传感装置和药物递送系统;这些是芯片技术的里程碑。”

与心脏或乳腺癌组织的单室模型相比，研究发现，与心脏组织交流的积极生长的乳腺癌组织比在单芯片系统中发现的健康心脏生物标志物水平降低。此外，双芯片系统提供了证据，表明乳腺癌细胞的生物标志物分泌不仅受到药物治疗的影响，还受到它们与不同损伤程度的心脏组织的相互作用的影响。这说明心脏和乳腺癌组织之间的相互作用对细胞功能指标和疾病进展有重要影响。

尽管在暴露于乳腺癌药物时，可以对预损坏的心脏组织更容易受到心脏损伤是否更容易受到明确的结论，但结果表明，在健康的心脏组织中，递送胸部癌症药物导致健康心脏生物标志物的细胞生长和分泌下降。

可以进行进一步的试验，以探索使用该模型检测和预测化疗药物的心脏毒性。该模型可以扩展到包括对长期培养的组织的观察，对其他生物标志物的检查，使用来自多个患者的组织测试模型，以及对其他非生物标志物心脏损伤指标(例如，电和收缩功能)的测量。未来的可能性可能是在芯片上添加肝脏组织成分，并考虑到系统的可扩展性，以与身体系统相关联。

Terasaki研究所主任兼首席执行官Ali Khademhosseini博士说:“这些努力奠定了重要的基础，可以为未来疾病建模的应用铺平道路。”“我们研究所的个性化生理平台是我们将个性化医疗带到现实世界的众多工具之一。”

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