用于高通量药物筛选的体外3D人动脉粥样硬化模型

　　研究人员在《生物材料》杂志上报告说，一种具有动脉粥样硬化多种特征的开创性3D三层纳米基质血管片已被应用于开发一种高通量功能检测候选药物，以治疗这种疾病。Ho-Wook Jun博士说:“目前体外动脉粥样硬化模型有很大的局限性，包括缺乏三层血管结构和有限的动脉粥样硬化特征，此外，没有可扩展的3D动脉粥样硬化模型可用于通过高通量分析评估潜在的治疗方法。”

　　

阿拉巴马州的伯明翰。阿拉巴马大学伯明翰分校的研究人员在《Biomaterials》杂志上报告说，一种具有动脉粥样硬化多种特征的开创性3D三层纳米基质血管片已被应用于开发一种高通量功能检测候选药物，以治疗这种疾病。

“目前体外动脉粥样硬化模型有明显的局限性，包括缺乏三层血管结构和有限的动脉粥样硬化特征，”UAB生物医学工程系教授、通讯作者Ho-Wook Jun博士说。“此外，没有可扩展的3D动脉粥样硬化模型可通过高通量分析来评估潜在的治疗方法。”

心血管疾病——主要由动脉粥样硬化引起——是美国死亡的主要原因。在动脉粥样硬化有效疗法的开发过程中，在进行复杂的体内和临床研究之前，通常使用体外模型来评估新疗法的有效性和安全性。

最近，美国食品和药物管理局现代化法案2.0允许在进行人体试验之前使用动物以外的替代模型进行药物试验。法规的这种变革性变化是一种驱动力，激发了对先进体外模型的追求，例如基于细胞的测定和基于类器官或人工智能的模型，这些模型能够在评估药物疗效和安全性时取代或减少动物使用。目标是通过更有效和更具成本效益的药物开发过程，加快从临床前研究到人体临床试验的进展。

这种新型的体外3D三层纳米基质血管片具有动脉粥样硬化的多重特征，包括内皮细胞功能障碍、单核细胞募集、巨噬细胞的存在、细胞外基质重塑、平滑肌细胞表型转变、炎症细胞因子分泌、泡沫细胞和钙化起始。因此，VSA为药物评估提供了一个模拟人类动脉粥样硬化的环境。

强健血管片的三层结构由:1)人主动脉内皮细胞，2)人主动脉平滑肌细胞和3)人主动脉外层成纤维细胞层组成。这些模拟了天然血管壁的分层结构，从内到外，由内膜、中膜和外膜组织组成。研究人员通过在三维层状纳米基质血管薄片上添加单核细胞和各种促动脉粥样硬化细胞因子、集落刺激因子和氧化低密度脂蛋白来刺激动脉粥样硬化形成，从而创建了关键的动脉粥样硬化多特征。

共同第一作者Jun Chen博士及其同事使用该VSA系统通过在48孔板中制造多个VSA来创建高通量功能分析。对血管内皮细胞进行药物治疗，然后对其进行综合表征，重点评估泡沫细胞、炎症和动脉粥样硬化相关基因。

两种经典动脉粥样硬化药物瑞舒伐他汀和西罗莫司验证了高通量功能分析，并用于评估两种候选药物姜黄素和秋水仙碱，以及一种潜在的基因治疗候选药物microrna -146a负载脂质体，用于治疗动脉粥样硬化。研究人员发现，VSAs重复了其他人在这些治疗的体内试验中看到的许多结果。Chen说:“VSA评估功能分析的高效率和可扩展性应该有助于动脉粥样硬化药物的发现和开发。”

“我们的研究重点是证明使用VSAs作为一种经济有效的方法来研究治疗效果，”Jun说。VSA提供了一种高通量的方法，允许相对大量的生物复制，也使它们成为机械研究的理想选择。例如，可以定制VSA以诱导单层、双层或三层结构的动脉粥样硬化，这为离散层对动脉粥样硬化的影响提供了见解，特别是成纤维细胞层。此外，血管薄片可以扩大规模，开发用于药物安全测试的高通量分析，帮助确定用于动物模型的药理学和毒理学参数。”

伯明翰Endomimetics有限责任公司通过管理大学知识产权的Bill L. Harbert创新与创业研究所，获得了新的3D三层纳米基质血管薄片动脉粥样硬化模型技术的许可。

Endomimetics的首席执行官Joseph Garner博士说:“动脉粥样硬化药物市场是制药行业中一个庞大且不断增长的部分。“由于心血管疾病的患病率上升，药物研究的进步和创新动脉粥样硬化治疗的发展，这个市场正在经历显着增长。到2032年，该市场预计将达到269亿美元，从2023年到2032年的复合年增长率为2.8%。北美目前占据主导地位的市场份额超过41%。”

UAB心血管疾病医学系介入心脏病专家和教授brigita Brott医学博士说:“Endomimetics和UAB将与制药公司合作，利用我们基于VSA的疗效和安全性分析，评估动脉粥样硬化治疗的潜在候选药物。这种方法也可以扩展到评估其他疾病的药物，如糖尿病、肥胖和肝脏相关疾病，动脉粥样硬化在许多患者中很普遍。”

Endomimetics预计将在今年春天提供这种创新的动脉粥样硬化模型，用于评估各种类型的潜在治疗方法。“我们的动脉粥样硬化分析将为直接针对人类斑块和动脉粥样硬化壁的治疗候选药物铺平道路，它们将产生广泛的预测数据，这对于确定这些候选药物的治疗窗口至关重要，并为未来的研究提供必要的基础，”Jun说。

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