近年來，類器官的使用已成為生物醫(yī)學研究中的一項變革性工具，提供了三維的、生理學相關(guān)的人體組織模型。在類器官的眾多應(yīng)用中，其在電生理學中的使用正日益受到關(guān)注，尤其是在制藥和生物技術(shù)行業(yè)。通過利用類器官電生理學，企業(yè)可以加強藥物發(fā)現(xiàn)和臨床前測試，從而開發(fā)出更有效、更安全的療法。

類器官在工業(yè)中的作用
制藥和生物技術(shù)公司越來越多地利用類器官模型來復(fù)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(tǒng)動物模型更優(yōu)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(guān)鍵優(yōu)勢，包括遺傳保真性、結(jié)構(gòu)復(fù)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(yōu)勢
電生理學（研究生物組織中電特性的學科）在神經(jīng)科學和心臟病學等領(lǐng)域的藥物開發(fā)中尤為重要。通過將電生理學技術(shù)整合到類器官模型中，企業(yè)可以：

1. 改進藥物篩選：具有功能性離子通道和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的類器官能夠?qū)ι窠?jīng)活性 藥物和心臟毒性 藥物進行高通量篩選。
2. 增強疾病建模：電生理學評估有助于復(fù)現(xiàn)癲癇、心律失常和神經(jīng)退行性疾病等病理狀態(tài)。
3. 減少對動物模型的依賴：類器官系統(tǒng)為傳統(tǒng)動物研究提供了與人類相關(guān)的替代方案，提高了轉(zhuǎn)化準確性。

在制藥和生物技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用

神經(jīng)系統(tǒng)疾病與藥物發(fā)現(xiàn)

開發(fā)針對阿爾茨海默病、帕金森病和癲癇等神經(jīng)系統(tǒng)疾病療法的公司利用腦類器官研究神經(jīng)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(shù)，研究人員可以觀察神經(jīng)元對不同化合物的反應(yīng)，從而改進臨床試驗候選藥物的篩選。

例如：一些生物技術(shù)公司將腦類器官與電生理學評估相結(jié)合，在與人類神經(jīng)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(yǎng)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(yǎng)及顯微圖像由Sara Mirsadeghi完成）

 圖2. Mesh MEA上的神經(jīng)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(shù)據(jù)和圖像由德國羅伊特林根NMI自然與醫(yī)學科學研究所的Tom Stumpp和Peter Jones博士提供。

心臟藥物開發(fā)

整合電生理監(jiān)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(guān)的致心律失常風險至關(guān)重要。

示例：一些機構(gòu)正在使用工程化心臟組織（EHTs）和心臟類器官來預(yù)測藥物誘導的心臟毒性，從而降低患者發(fā)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(yīng)和心臟病理生理學提供了比二維培養(yǎng)更具生理相關(guān)性的模型。Mesh MEA可對類器官內(nèi)的協(xié)調(diào)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(yīng)或誘導疾病狀態(tài)提供了獨特的機會。通過IntraCell的基于激光的光穿孔技術(shù)，可從類器官內(nèi)部記錄細胞內(nèi)動作電位數(shù)據(jù)；通過Mesh MEA則可從類器官內(nèi)部記錄細胞外場電位數(shù)據(jù)，同時保持類器官形態(tài)并采集真實數(shù)據(jù)。由于IntraCell和Mesh MEA均在不損傷類器官的情況下采集數(shù)據(jù)，類器官可長期存活，這意味著這些系統(tǒng)可用于急性研究和長期研究。

挑戰(zhàn)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(zhàn)：

1. 可擴展性：為高通量應(yīng)用標準化類器官生產(chǎn)仍是一大障礙。
2. 復(fù)雜性：復(fù)現(xiàn)完整器官功能（包括血管化和免疫相互作用）仍是一項持續(xù)挑戰(zhàn)。
3. 數(shù)據(jù)解讀：電生理學可能生成大量數(shù)據(jù)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(zhàn)。

隨著技術(shù)進步，類器官與生物電子系統(tǒng)、人工智能及芯片實驗室平臺的整合將進一步增強藥物發(fā)現(xiàn)和個性化醫(yī)療方法。

類器官電生理學通過提供與人類相關(guān)的測試和研究模型，正在徹底改變藥物發(fā)現(xiàn)。利用這一技術(shù)的制藥和生物技術(shù)公司有望提高藥物療效、降低開發(fā)成本并加速挽救生命的療法上市。隨著該領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，基于類器官的平臺將在塑造精準醫(yī)學和疾病建模的未來中發(fā)揮日益關(guān)鍵的作用。