類器官在工業中的應用：通過電生理學方法加速藥物研發
近年來，類器官的使用已成為生物醫學研究中的一項變革性工具，提供了三維的、生理學相關的人體組織模型。在類器官的眾多應用中，其在電生理學中的使用正日益受到關注，尤其是在制藥和生物技術行業。通過利用類器官電生理學，企業可以加強藥物發現和臨床前測試，從而開發出更有效、更安全的療法。
類器官在工業中的作用
制藥和生物技術公司越來越多地利用類器官模型來復制人體的器官功能，為研究疾病和篩選候選藥物提供了比傳統動物模型更優的平臺。源自誘導多能干細胞（iPSCs）或患者組織的類器官具有關鍵優勢，包括遺傳保真性、結構復雜性以及模擬器官特異性電生理特性的能力。
類器官電生理學優勢
電生理學（研究生物組織中電特性的學科）在神經科學和心臟病學等領域的藥物開發中尤為重要。通過將電生理學技術整合到類器官模型中，企業可以：
- 改進藥物篩選：具有功能性離子通道和神經網絡系統的類器官能夠對神經活性 藥物和心臟毒性 藥物進行高通量篩選。
- 增強疾病建模：電生理學評估有助于復現癲癇、心律失常和神經退行性疾病等病理狀態。
- 減少對動物模型的依賴：類器官系統為傳統動物研究提供了與人類相關的替代方案，提高了轉化準確性。
在制藥和生物技術領域的應用
神經系統疾病與藥物發現
開發針對阿爾茨海默病、帕金森病和癲癇等神經系統疾病療法的公司利用腦類器官研究神經元活動和突觸功能。通過微電極陣列（也稱為“多電極陣列”或“MEAs”）和膜片鉗電生理學等技術，研究人員可以觀察神經元對不同化合物的反應，從而改進臨床試驗候選藥物的篩選。
例如：一些生物技術公司將腦類器官與電生理學評估相結合，在與人類神經組織高度相似的模型中測試藥物的療效和毒性。
圖1. 在Mesh MEA上培養的人腦類器官用于電生理記錄。圖像由德克薩斯大學圣安東尼奧分校Jenny Hsieh實驗室提供，展示了用于研究癲癇模型的人腦類器官（類器官培養及顯微圖像由Sara Mirsadeghi完成）
圖2. Mesh MEA上的神經球體。軌跡（右上）記錄了與球體接觸的四個電極的信號，尖峰信號（右下）通過6-sigma閾值識別。數據和圖像由德國羅伊特林根NMI自然與醫學科學研究所的Tom Stumpp和Peter Jones博士提供。
心臟藥物開發
整合電生理監測的心臟類器官使研究人員能夠評估藥物對心律和離子通道功能的影響。此類模型對于評估新藥相關的致心律失常風險至關重要。
示例：一些機構正在使用工程化心臟組織（EHTs）和心臟類器官來預測藥物誘導的心臟毒性，從而降低患者發生不良心臟事件的可能性。
使用Mesh MEA和IntraCell進行藥物篩選
心臟類器官能夠自我組織，甚至在某些情況下形成腔室，為研究藥物效應和心臟病理生理學提供了比二維培養更具生理相關性的模型。Mesh MEA可對類器官內的協調活動和信號傳播進行電學測量。
心臟類器官為研究藥物的逆向效應或誘導疾病狀態提供了獨特的機會。通過IntraCell的基于激光的光穿孔技術，可從類器官內部記錄細胞內動作電位數據；通過Mesh MEA則可從類器官內部記錄細胞外場電位數據，同時保持類器官形態并采集真實數據。由于IntraCell和Mesh MEA均在不損傷類器官的情況下采集數據，類器官可長期存活，這意味著這些系統可用于急性研究和長期研究。
挑戰與未來展望
盡管類器官電生理學前景廣闊，但仍面臨一些挑戰：
- 可擴展性：為高通量應用標準化類器官生產仍是一大障礙。
- 復雜性：復現完整器官功能（包括血管化和免疫相互作用）仍是一項持續挑戰。
- 數據解讀：電生理學可能生成大量數據集需要分析。先進分析和人工智能分析可幫助克服這一挑戰。
隨著技術進步，類器官與生物電子系統、人工智能及芯片實驗室平臺的整合將進一步增強藥物發現和個性化醫療方法。
類器官電生理學通過提供與人類相關的測試和研究模型，正在徹底改變藥物發現。利用這一技術的制藥和生物技術公司有望提高藥物療效、降低開發成本并加速挽救生命的療法上市。隨著該領域的持續發展，基于類器官的平臺將在塑造精準醫學和疾病建模的未來中發揮日益關鍵的作用。
