微生理系統之研究將徹底改變實驗生物醫學

　　在2014年9月，實驗生物醫學的年度主題將專門探討微生理系統的生物醫學，并介紹由美國國家衛生研究院（NIH）的共同基金資助的轉譯科學推動中心（NCATS）科學家所執行的研究成果。美國國防部研究計劃推動局（DARPA）和美國食品和藥物管理局（FDA）也一同參予計畫之執行。該項目支持了來自20多個機構，共十四個杰出研究團隊發表了許多具影響力之論文，其中包括貝勒醫學院、哥倫比亞大學、康乃爾大學、杜克大學、約翰霍普金斯大學、麻薩諸塞州總醫院和哈佛醫學院、麻省理工學院、西北大學、諾提士(Nortis)公司、加州大學歐文分校、中佛羅里達大學、賓夕法尼亞大學、匹茲堡大學、德州大學醫療分部、以及范德堡大學等。

　　范德堡大學整合生物系統研究及教育所創所所長，也是本次專題的主編約翰威特斯沃博士在他的介紹文章中闡釋了微生理系統（也常被稱為器官芯片）系指建立類似人體細胞之互動式結構體。每個構建體被設計用來模擬人類器官或內臟器官區域的結構和功能，并且在與一個微生理系統連接時，它們可在體外模型中提供以極大的生理精度來研究細胞之于細胞，藥物之于細胞，藥物之于藥物，或是器官與藥物之間的相互作用。在本專題中，許多論文報導目前正在進行中微生理系統的發展與應用，像是在體外模型中的骨和軟骨，腦，胃腸道，肺，肝，微血管，生殖道，骨骼肌，皮膚，和器官芯片之互連來進行生理藥物動力學、藥物發現和篩選，以及利用微觀技術來調節干細胞分化等。威特斯沃博士提到創建微生理系統的最初動機是為了提升人類相關藥物之研發與測試的效率。該技術著重應用于包括環境毒素對人類的影響，化學品及生化武器之鑒定、定性與中和無法在人體進行試驗之微生物與感染性疾病，控制誘導多功能性干細胞之專一性分化，以及人體器官間之代謝與訊息傳遞的動態變化。

　　美國食品藥品管理局國家毒理學研究中心主任，威廉史力克二世博士評論道：“目標是十年內完成這個‘人體晶片’-類似1960年代人類登陸月球之壯舉，目前看來似乎不可行，但是我相信從生理/毒理學模擬人體反應之觀點來看，確實是有可能的；即使最終不如預期，大量的基礎生物學和生理學之整合利用也將使我們對于人類健康和疾病過程更甚了解”。

　　匹茲堡藥物研發研究所大學之主任，藍星泰勒博士提到：“這一個主題研究的專刊，匯集了在人體晶片上之佼佼者，共同討論過去在人體晶片研究領域上的成功、未來發展過程中無限可能性之應用，以及可能面臨之挑戰。為了取得圓滿成功，我們必須整合多個技術領域，包括微流控芯片、干細胞生物學、三維微結構/矩陣、多細胞工程、通用的血液替代品，各種生物檢測技術和資料庫工具，以及計算單一或是多個器官系統的電腦模型。此一創舉將革命性的改變基礎生物學，生理學，藥理學，毒理學和藥物，以及一個新的領域：定量系統藥理學，因為反復性實驗、疾病模型、藥效學和藥物動力學之計算模型是此一新領域的核心。這個人體晶片的計畫應該著重在創造出具有生理意義、簡易、可重復、以及具有成本效益的工具來造福整個科學界”。

　　美國國家衛生研究院轉譯科學推動中心的前瞻推動計畫副主任，達尼羅塔格博士也說：“此一專題特刊報導了在微生理系統應用于藥物安全性以及有效性的篩選這方面令人振奮的快速進展。近兩年，在該領域中已有許多成果發表，這些文章闡述著杰出研究者們在實現完全整合十種器官系統為目標下，其得到之結果與發現。而這些組織抑或是器官芯片的應用對于未來科學應用與發現，更是無窮無盡的。”

　　《實驗生物學與醫學》期刊主編史蒂芬古德曼博士說道：“我們深感榮幸地能夠發表這個“微生理系統的生物學與醫學”主題專刊，約翰威特斯沃博士是值得被贊許的，他不僅集結在微生理系統中之領導者，更將此技術應用于許多方面中。微生理系統在實驗生物學和醫學中是擁有革命性潛力的，由于器官芯片和MPS技術之重要性，它現在已經成為實驗生物學和醫學系統生物學范疇中重點研究之主要領域。”