人類呼吸道晶片:應用於抗病毒治療與預防藥物的快速篩選



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更新日期:2021-09-22

       在全球流行傳染時期,快速地確認現有抗病毒藥物的再利用性就顯得格外緊迫與重要。為求快速分析與評估候選藥物,通常會利用細胞(株)進行體外篩選試驗,然而這些細胞株卻常被認為不足以在組織和器官層級上完全對映人體生理。2021年,以美國哈佛大學Wyss生物啟發工程研究所Prof. Donald E. Ingber為主的研究團隊於《Nature Biomedical Engineering》發表了最新研究成果,展示該團隊所開發的人類呼吸道晶片(human airway-on-a-chip),於模擬支氣管道的微流體(microfluidic)通道中培養出高度分化的人支氣管氣道上皮細胞和肺內皮細胞內襯。此器官晶片可以模擬病毒感染環境,研究不同病毒株之引發毒性差異(viral strain-dependent virulence)、細胞激素(cytokine)的生成,以及會集循環中的免疫細胞(recruitment)等。


人類呼吸道晶片示意圖(原論文圖1a)

       在感染A型流感病毒(Influenza A)的呼吸道晶片中,Nafamostat(原用於治療胰腺炎)與Oseltamivir(又名克流感,用於抗流感病毒)的聯合給藥可以將原來Oseltamivir的有效治療時間窗口延長一倍。在感染了SARS-CoV-2假型病毒(pseudotyped virus)的晶片中,發現給予臨床相對劑量的Amodiaquine (ADQ,又稱阿莫待奎,用於治療瘧疾)可抑制病毒的感染;而給予臨床劑量的 Hydroxychloroquine (HCQ,又稱氫氧奎寧),以及其他原本可以抑制SARS-CoV-2假型病毒感染靜止狀態細胞株的抗病毒藥物,卻無法抑制病毒的感染。再進一步以天然的SARS-CoV-2病毒感染倉鼠的動物實驗中,證明了Amodiaquine的給藥的確能提供明顯的預防和治療效果。因此,證實人類呼吸道晶片可以用於加速篩選具有再利用價值的治療與預防藥物。

原文出處:
A human-airway-on-a-chip for the rapid identification of candidate antiviral therapeutics and prophylactics, Nature Biomedical Engineering  5, 815–829 (2021)  https://doi.org/10.1038/s41551-021-00718-9

編譯:鄭獻仁 博士/兼任助理教授
校稿:林嬪嬪 研究員