人体芯片公司Hesperos首获功能性干细胞衍生神经肌肉接头模型的许据麦姆斯咨询报道

创新微流控装置可以改变ALS和其它神经退行性疾病的药物测试。

据麦姆斯咨询报道，基于拥有专利的多器官微流控装置系统，Hesperos公司开发出一种新的体外人体神经肌肉模型，增强公司开创性人体芯片药物测试能力。神经肌肉接头功能异常通常与神经退行性疾病相关，如肌萎缩侧索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）和脊髓性肌萎缩症，在开发和选择治疗上述疾病的有效药物方面，人体模型将变得至关重要。

来自佛罗里达中央大学（University of Central Florida）混合系统实验室（Hybrid Systems Laboratory），同时也是Hesperos公司CSO 的James Hickman在近期发表的生物材料论文中描述了这项突破性技术：“干细胞衍生的表型人体神经肌肉模型用于剂量反应的评估治疗。”该技术已授权给Hesperos，目前可作为有偿服务进行分析。

Hesperos公司构建的生物微机电系统（BioMEMS）是首创的。与其它检测共培养神经肌肉功能或使用生物标志物进行活性和蛋白质分析的测试不同，Hickman的模型属于功能性平台，能够重建人体神经与骨骼肌的连接。分隔的无血清微流控装置由具有微通道的薄硅胶膜制成。从人体干细胞培养的神经细胞（神经元）和骨骼肌细胞（成肌细胞）被镀在薄膜的两侧，形成提供电气和化学隔离的屏障。

在几天的过程中，肌肉细胞融合形成肌纤维（肌管）。神经元通过微通道生成轴突（细长的突出，从神经细胞体传导电脉冲），并与肌管形成神经肌肉接头。这些连接处被当作两种细胞类型之间通信的导管，类似于人体内所发生的情况。其结果是可以通过运动神经元激活或直接电刺激来收缩小型肌肉。

药物能够应用于模型——以单次剂量或在持续时间内以多次剂量进行，模仿真实的药物评估条件，以测量肌肉系统会如何反应。在美国国家卫生研究院（National Institutes of Health）资助的研究中，Hickman描述了他的团队为三种药物生成的剂量反应曲线，分别为箭毒毒素、银环蛇毒素和被批准的肉毒杆菌毒素（BOTOX?）。

研究结果与四种刺激频率测试下的体内（活体）数据紧密匹配，表明该模型提供了一个非常精准的人体系统替代品，使得快速、真实、无创的药物测试成为可能，而不再需要进行动物试验。

Hesperos公司因动物试验的创新替代而得到认可，2015年也获得过Lush Prize科学奖的表彰。使用活体动物进行药物测试除了有道德方面的考虑，其结果也非常不准确。每50种被确定为对动物安全的药物，只有1种被证明对人体也安全，并且基于动物试验的药物经FDA批准也是一个漫长的过程。

相反地，Hickman模型生成的功能读数与临床医生在人类临床试验中观察到的数据密切相关。这将有助于为未来临床试验的设计提供信息，并加速药物开发周期。

“该模型在量化由神经肌肉阻断剂伴随不同行动模式引起的功能丧失程度方面非常灵敏，为新药提供了具有高精度和灵敏度的筛选工具。”Hickman同样指出，“它也可以帮助我们观察神经系统随疾病进展所产生的变化，根据患者所经历的情况制定治疗决策。”

Hesperos公司的总裁兼首席执行官，康奈尔大学（Cornell University）生物医学工程系的创会主席Michael Shuler补充道，“该系统的未来迭代和患病神经元或肌肉也能用来开发药物以治疗其它神经肌肉疾病。我们很高兴能够将此功能添加到我们的人体芯片工具包中。”

关于Hesperos

Hesperos公司是利用人体芯片微流控系统来刻画个体生物特征的领导者。创始人Michael L. Shuler和James J. Hickman一直走在该领域每个重大科学发现的前沿，从单个的器官芯片结构到功能齐全、相互关联的多功能系统。公司的愿景是改革毒理学测试和药物开发有效性评价，为此创建了无血清细胞培养基无泵驱动平台，可以进行多器官系统通信，并对功能性神经元、心脏、肌肉、神经肌肉接头、肝脏、胰腺和屏障组织的活体生理反应进行综合计算建模。在人体干细胞基础上，完整的人体系统是首个体外解决方案，该解决方案已经刊载在《科学》杂志上，能够在不使用动物模型的情况下准确重建人体体内功能。

延伸阅读：

《神经技术和脑机接口-2018版》

《器官芯片-2017版》