全球首創類器官生成機器人! 大大擴張藥物研發境界

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對於高通量篩選(high-throughput screening, HTS)來說,由多功能幹細胞(pluripotent stem cells)生成的類器官(organoid)是一個具有極大發展潛力的工具。類器官可應用於癌症基因體學、藥物反應和藥物敏感性測試等研究,但它培養過程相當複雜,需要大量時間和精巧的人力投入。因此,對於類器官小型化和自動化生產來說,仍有許多挑戰和困難需要克服。

近日,由華盛頓大學醫學院助理教授 Benjamin Freedman 所率領的研究團隊成功利用液體處理機器人製造出人類腎臟類器官,也是人類首次利用幹細胞來自動生成類器官,該研究刊登於《Cell Stem Cell》。

液體處理機機器人將多功能幹細胞引入到含有 384 個微型孔的平板中,然後在 21 天內將它們誘導成腎臟類器官。每個小微孔通常能生成 10 個以上的類器官,因此每個平板約有 4000 個類器官。Freedman 助理教授表示:「過去研究團隊生成同規模的類器官需花費一天的時間,然而機器人能在 20 分鐘內完成,最重要的是,機器人不會感到疲倦,而且比較不會犯錯,對於像這樣重複而乏味的任務來說,毫無疑問,機器人比人類做得更好。」

該研究中的機器人不僅是高度設計、超快速的實驗室技術人員,他們也能接受培訓來進行類器官的自動分析,該方法稱為單細胞 RNA 定序。它能識別所有類器官中的不同類型的細胞。該研究團隊確認由機器人生成的類器官,類似於人體發育中的腎臟,但是機器人還檢測到其他類型的細胞,而且這些細胞之前並未被注意到。這一重大發現使科學家能夠快速調整培養過程,以生產出更精確的模型。

該研究團隊進一步利用他們的機器人,來尋找治療疾病的候選藥物,他們建立多囊性腎病變(polycystic kidney disease, PKD)的模型。PKD 為一種常見的遺傳疾病,全球每  600 人中,就有 1 人就罹患此病。他們接續將將許多物質投予該類器官,後來發現肌球蛋白(myosin)抑制劑 blebbistatin 能顯著增加 PKD 囊腫的數量和大小。

Freedman 助理教授表示:「類器官自動生成技術,能大大擴展微型類器官在基礎研究和藥物研發中的應用,更是未來對抗疾病的新型“秘密武器“。」

延伸閱讀:腫瘤類器官成癌症替身 個人化治療大邁進

參考資料:
1. Cell Stem Cell, 2018;DOI: 10.1016/j.stem.2018.04.022
2. https://www.sciencedaily.com/releases/2018/05/180517123300.htm

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