类器官在工业中的应用：通过电生理学方法加速药物研发
近年来，类器官的使用已成为生物医学研究中的一项变革性工具，提供了三维的、生理学相关的人体组织模型。在类器官的众多应用中，其在电生理学中的使用正日益受到关注，尤其是在制药和生物技术行业。通过利用类器官电生理学，企业可以加强药物发现和临床前测试，从而开发出更有效、更安全的疗法。
类器官在工业中的作用
制药和生物技术公司越来越多地利用类器官模型来复制人体的器官功能，为研究疾病和筛选候选药物提供了比传统动物模型更优的平台。源自诱导多能干细胞（iPSCs）或患者组织的类器官具有关键优势，包括遗传保真性、结构复杂性以及模拟器官特异性电生理特性的能力。
类器官电生理学优势
电生理学（研究生物组织中电特性的学科）在神经科学和心脏病学等领域的药物开发中尤为重要。通过将电生理学技术整合到类器官模型中，企业可以：
- 改进药物筛选：具有功能性离子通道和神经网络系统的类器官能够对神经活性 药物和心脏毒性 药物进行高通量筛选。
- 增强疾病建模：电生理学评估有助于复现癫痫、心律失常和神经退行性疾病等病理状态。
- 减少对动物模型的依赖：类器官系统为传统动物研究提供了与人类相关的替代方案，提高了转化准确性。
在制药和生物技术领域的应用
神经系统疾病与药物发现
开发针对阿尔茨海默病、帕金森病和癫痫等神经系统疾病疗法的公司利用脑类器官研究神经元活动和突触功能。通过微电极阵列（也称为“多电极阵列”或“MEAs”）和膜片钳电生理学等技术，研究人员可以观察神经元对不同化合物的反应，从而改进临床试验候选药物的筛选。
例如：一些生物技术公司将脑类器官与电生理学评估相结合，在与人类神经组织高度相似的模型中测试药物的疗效和毒性。
图1. 在Mesh MEA上培养的人脑类器官用于电生理记录。图像由德克萨斯大学圣安东尼奥分校Jenny Hsieh实验室提供，展示了用于研究癫痫模型的人脑类器官（类器官培养及显微图像由Sara Mirsadeghi完成）
图2. Mesh MEA上的神经球体。轨迹（右上）记录了与球体接触的四个电极的信号，尖峰信号（右下）通过6-sigma阈值识别。数据和图像由德国罗伊特林根NMI自然与医学科学研究所的Tom Stumpp和Peter Jones博士提供。
心脏药物开发
整合电生理监测的心脏类器官使研究人员能够评估药物对心律和离子通道功能的影响。此类模型对于评估新药相关的致心律失常风险至关重要。
示例：一些机构正在使用工程化心脏组织（EHTs）和心脏类器官来预测药物诱导的心脏毒性，从而降低患者发生不良心脏事件的可能性。
使用Mesh MEA和IntraCell进行药物筛选
心脏类器官能够自我组织，甚至在某些情况下形成腔室，为研究药物效应和心脏病理生理学提供了比二维培养更具生理相关性的模型。Mesh MEA可对类器官内的协调活动和信号传播进行电学测量。
心脏类器官为研究药物的逆向效应或诱导疾病状态提供了独特的机会。通过IntraCell的基于激光的光穿孔技术，可从类器官内部记录细胞内动作电位数据；通过Mesh MEA则可从类器官内部记录细胞外场电位数据，同时保持类器官形态并采集真实数据。由于IntraCell和Mesh MEA均在不损伤类器官的情况下采集数据，类器官可长期存活，这意味着这些系统可用于急性研究和长期研究。
挑战与未来展望
尽管类器官电生理学前景广阔，但仍面临一些挑战：
- 可扩展性：为高通量应用标准化类器官生产仍是一大障碍。
- 复杂性：复现完整器官功能（包括血管化和免疫相互作用）仍是一项持续挑战。
- 数据解读：电生理学可能生成大量数据集需要分析。先进分析和人工智能分析可帮助克服这一挑战。
随着技术进步，类器官与生物电子系统、人工智能及芯片实验室平台的整合将进一步增强药物发现和个性化医疗方法。
类器官电生理学通过提供与人类相关的测试和研究模型，正在彻底改变药物发现。利用这一技术的制药和生物技术公司有望提高药物疗效、降低开发成本并加速挽救生命的疗法上市。随着该领域的持续发展，基于类器官的平台将在塑造精准医学和疾病建模的未来中发挥日益关键的作用。
