日本的大学和研究机构正在积极推进利用微通道等芯片模拟人体器官和组织的基础研究。通过融合工学和生物学，明确身体衰老的部分机理，并逐渐取得了成果。如果能模拟人体疾病或病变，将有益于寻找预防药物，加速难度越来越高的新药研究。
“已经可以详细观察体内毛细血管老化的过程与状况”。东京大学生产技术研究所的松永行子副教授指着一台可以利用人造血管再现疾病发病情况的实验装置说道。松永副教授在模拟血管壁和皮肤的胶原蛋白凝胶块上的小孔中注入了人体血管细胞。结果宛若从人体上切下来的部分组织一样，胶原蛋白凝胶中形成了人造血管。
东京大学利用人造血管推进新药研发（图片由东京大学提供）
松永副教授在人造血管周围的胶原蛋白凝胶中注入了人体的新鲜细胞和通过辐射使细胞停止分裂的衰老细胞。只注入衰老细胞的话，细胞中产生的炎性蛋白和应变力会导致血管破损。另外，还会像在癌组织中一样，出现了新血管的无序形成现象。
对高龄小鼠投入可延长寿命的免疫抑制剂“雷帕霉素”后，即使向凝胶中注入大量衰老细胞，也不会形成无序血管。因为药物抑制了炎性蛋白“白细胞介素（IL）-6”的形成。
使用模拟血管和周围组织的实验装置有望发现能清除衰老细胞的优异药物。松永副教授介绍说：“衰老细胞在体内积聚后，血液成分容易从血管中渗出。”这样一来负责清除衰老细胞的免疫细胞就无法到达组织末端。陷入衰老细胞不断积聚，导致产生炎症的恶性循环，从而造成组织和器官的功能下降。
京都大学物质-细胞综合系统基地（iCeMS）的龟井谦一郎副教授使用数年前海外提出的“Body on Chip”研究方法，在体外“再现”了人体。他在微通道上配置了利用人源iPS细胞培养的200～300微米（微米为100万分之一米）的心脏、肝脏、小肠和角膜等小型组织。
京都大学在微通道上配置了利用人源iPS细胞培养的多种小型器官（图片由京都大学提供）
2017年利用该方法发现抗癌药“阿霉素”会氧化变成其他物质，产生心脏毒性。目前正在调查非酒精性脂肪肝的病理及推进新药研究。龟井副教授说：“在欧美，即使是制药企业，从爱护动物的角度来看，动物实验变得越来越困难。”利用“Body on Chip”取代动物的新药开发今后会更多。
新药开发会耗费大量的金钱和时间，一般需要投入数百亿～数千亿日元的资金和9～17年的时间，而成功概率只有约三万分之一。在人体细胞和动物实验中有效的候选物质，到了临床试验阶段实际用于患者时无法充分发挥效果的例子有很多。在人体细胞实验中无法再现多种器官和组织的相互作用是导致新药开发困难的原因。
关于利用iPS细胞培养器官的研究，最近正积极推进同时培养多种相关器官的研究。东京医科齿科大学正在同时培养肝脏和胰脏，理化学研究所等在同时培养肾脏和膀胱。这些器官通过管道等相连工作，这样便于通过器官之间的合作再现药物在体内产生的各种作用。还有望更准确地预测药效和副作用。
如果能顺利再现人体的器官和组织，就可以有效开发新药，还有望降低成本。
文：草盐拓郎、《日经产业新闻》，2021/12/09
中文：JST客观日本编辑部
