取代动物实验的芯片

由纳米颗粒制成的新药可以很容易地穿透我们体内的任何界面，这是医学的一大希望。为了让这些有希望的动物进入市场，必须确保它们的安全。在这种情况下，还必须澄清，如果一种物质设法穿透孕妇体内婴儿和母亲之间的天然屏障——胎盘，会发生什么。

“环境毒素也会对敏感的胎儿构成重大威胁，如果它们穿透胎盘屏障或破坏胎盘的发育和功能，从而间接伤害胎儿，”蒂娜Bürki解释说，Empa研究员在圣加伦粒子-生物相互作用实验室。

来自Empa和苏黎世联邦理工学院的一个团队已经研究了一段时间，如何精确、简单和可靠地确定这种所谓的物质的胚胎毒性。现在，该团队正在开发一种新的系统，可以在不需要动物试验的情况下检测破坏胚胎的物质。

聚合物盒子里的宇宙

这个过程的核心是一种聚合物芯片大约是人类手指的长度，它容纳了一个小宇宙:人类细胞在芯片上生长，这些芯片将在尽可能接近现实的条件下模拟胎盘屏障和胚胎。为此，胎盘细胞被培养在多孔膜上以形成致密的屏障胚胎干细胞在一滴营养液中形成一个微小的组织球。

为了模拟血液循环，一个振动器不断地前后倾斜芯片。测试物质可以添加到胎盘的母体一侧。这使得研究人员能够研究测试物质的运输以及对两种组织的影响。Bürki说:“我们已经知道这样的测试系统可以工作，因为在与苏黎世联邦理工学院生物工程实验室的初步研究中开发了一个简化的原型。”

这种新芯片的特别之处在于，研究人员希望通过用所谓的原代人类细胞和人类干细胞系取代以前使用的实验室细胞系或小鼠细胞来改进细胞模型。Bürki解释说:“我们正在与圣加伦州立医院的妇科诊所密切合作，可以从胎盘组织中分离出我们正在寻找的细胞，否则这些细胞在出生后会被丢弃。”

这些细胞将被用于开发改良的三维胎盘模型。最终，胚胎-胎盘芯片将使胎盘和胚胎的相互作用得以复制和胎盘的运输过程，以及一种物质对胚胎发育的直接和间接有害影响得以研究。

可选模式优势

目前关于药物和环境毒素发育毒性的研究依赖于怀孕小鼠的动物实验。例如，在欧盟，2017年有84万只动物被用于毒性和安全性研究，其中近10万只动物被用于发育毒性研究。多亏了这种新的芯片，这些动物实验的数量可以大大减少。

从伦理的角度来看，这不仅是一个重要的目标，因为对怀孕小鼠进行测试的意义并不是评估人类药物安全性的最佳选择:“胎盘在每个物种中都有非常特定的结构——在小鼠中，它与人类的结构也相应不同，”Empa的研究人员Bürki说。更好的见解可以从替代体外模型，即新系统”在试管，因为新的芯片技术与初级人类细胞可以更可靠地映射出母子之间的界面。

加速新疗法

新测试系统目的是作为一种简单而精确的方法来检查一种物质的安全性在早期的开发新药从而加速新疗法的应用。通过这种方式，该芯片支持设计安全原则，该原则设想了将安全方面早期集成到创新过程中。

工业中对发育毒性研究的需求也在增加，另一个原因是:根据当前REACH化学品法规的要求，需要澄清环境中化学品和颗粒的安全性。她说:“胎盘胚胎芯片最终应该是一种用户友好的检测试剂盒，可以提供怀孕期间潜在健康风险的重要数据。”

该项目的结果也有望帮助填补了解胎盘屏障的知识空白。“该芯片将是一个模型，将各个过程结合在一起胎盘在胚胎中。通过这种方式，我们希望在未来更好地理解通过信号物质发生的复杂相互作用，”Tina Bürki说。