日本的大學和研究機構正在積極推進利用微通道等晶片類比人體器官和組織的基礎研究。透過融合工學和生物學，明確身體老化的部分機制，並逐漸取得了成果。如果能類比人體疾病或病灶，將有益於尋找預防藥物，加速難度越來越高的新藥研究。
「已經可以詳細觀察活體內微血管風化作用的程序與狀況」。東京大學生產技術研究所的松永行子副教授指着一臺可以利用人工血液管再現疾病發病情況的實驗裝置說道。松永副教授在類比血管壁和皮膚的膠原蛋白凝膠塊上的小孔中注入了人體血管細胞。結果宛若從人體上切下來的部分組織一樣，膠原蛋白凝膠中形成了人工血液管。
東京大學利用人工血液管推進新藥研發（圖片由東京大學提供）
松永副教授在人工血液管周圍的膠原蛋白凝膠中注入了人體的新鮮細胞和透過輻射使細胞停止分裂的老化細胞。只注入老化細胞的話，細胞中產生的炎性蛋白和應變力會導致血管破損。另外，還會像在癌組織中一樣，出現了新血管的無序形成現象。
對高齡小鼠投入可延長壽命的免疫抑製劑「雷帕黴素」後，即使向凝膠中注入大量老化細胞，也不會形成無序血管。因爲藥物抑制了炎性蛋白「白血球介素（IL）-6」的形成。
使用類比血管和周圍組織的實驗裝置有望發現能清除老化細胞的優異藥物。松永副教授介紹說：「老化細胞在活體內積聚後，血液成分容易從血管中滲出。」這樣一來負責清除老化細胞的免疫細胞就無法到達組織末端。陷入老化細胞不斷積聚，導致產生發炎的惡性循環，從而造成組織和器官的功能下降。
京都大學物質-細胞綜合系統基地（iCeMS）的龜井謙一郎副教授使用數年前海外提出的「Body on Chip」研究方法，在體外「再現」了人體。他在微通道上配置了利用人源iPS細胞培養的200～300微米（微米爲100萬分之一米）的心臟、肝臟、小腸和角膜等小型組織。
京都大學在微通道上配置了利用人源iPS細胞培養的多種小型器官（圖片由京都大學提供）
2017年利用該方法發現抗癌藥「阿黴素」會氧化變成其他物質，產生心臟毒性。目前正在調查非酒精性脂肪肝的病理及推進新藥研究。龜井副教授說：「在歐美，即使是製藥企業，從愛護動物的角度來看，動物實驗變得越來越困難。」利用「Body on Chip」取代動物的新藥開發今後會更多。
新藥開發會耗費大量的金錢和時間，一般需要投入數百億～數千億日元的資金和9～17年的時間，而成功機率只有約三萬分之一。在人體細胞和動物實驗中有效的候選物質，到了臨牀試驗階段實際用於患者時無法充分發揮效果的例子有很多。在人體細胞實驗中無法再現多種器官和組織的相輔作用是導致新藥開發困難的終極因數。
關於利用iPS細胞培養器官的研究，最近正積極推進同時培養多種相關器官的研究。東京醫科齒科大學正在同時培養肝臟和胰臟，理化學研究所等在同時培養腎臟和膀胱。這些器官透過管道等相連工作，這樣便於透過器官之間的合作再現藥物在活體內產生的各種作用。還有望更準確地預測藥效和副作用。
如果能順利再現人體的器官和組織，就可以有效開發新藥，還有望降低成本。
文：草鹽拓郎、《日經產業新聞》，2021/12/09
中文：JST客觀日本編輯部
