超越动物

2022年12月29日，拜登签署的FDA现代化法案2.0在美国参议院(2022年9月29日)和众议院(2022年12月23日)获得两党支持后，成为新法。新法更新了1938年的联邦食品、药品和化妆品法案，该法案要求所有药物在进行人体临床试验前必须在动物身上进行试验。

FDA现代化法案2.0将“动物”一词替换为“非临床试验”，非临床试验是指“在药物安全性和有效性研究的临床试验阶段之前或期间进行的体外、计算机模拟或化学试验，或非人体体内试验，可能包括动物试验，或非动物或非人体生物学试验方法，如基于细胞的试验、微生理系统或生物打印或计算机模型”。

初期的1938年联邦食品、药品和化妆品法案是在美国100多人因口服含有有毒二甘醇的“磺胺药剂”而死亡后通过的。在1938年之前，不需要动物安全测试。从那以后，所有新药都必须进行动物试验。因此，几十年来，体内动物模型和2D体外细胞培养模型(大部分使用来自动物的细胞)一直处于药物开发的临床前(或非临床)阶段的中心。这两种模型都不能很好地预测药物在人体中的疗效，因为超过90%的新药临床试验都因缺乏疗效或不可接受的毒性而失败。

在过去20年中，需要在两个技术领域取得重大进展，才能在不牺牲动物的情况下开发药物:细胞生成和微制造。

细胞生成

2007年，Shinya Yamanaka发现了如何将专门的人类体细胞重新编程为多能胚胎干细胞样状态。这些人类诱导的多能干细胞（hiPSC）能够产生患者特异性干细胞，然后可以进一步分化为靶特化细胞，用于模拟疾病、药物开发和个性化医疗。这一发现解决了临床前研究中的先前问题，即2D培养中使用的细胞主要来自动物。现在，人类细胞不仅可以在没有使用胚胎人类细胞所带来的伦理问题的情况下使用，而且重要的是，这些细胞可以来自药物旨在治疗的确切患者群体。

在临床前研究中替代动物的另一个飞跃是发现从hiPSC衍生的特化细胞中生成3D结构，这些细胞在体外模仿器官样特征。这些所谓的类器官在特定条件下在体外自组装。根据条件，类器官已从hiPSC衍生的细胞中生长出来，以复制大脑，肺，肠道，视网膜等的功能特性。单个细胞自组织形成更大的聚集体的想法并不新鲜。1906年，亨利·范·彼得斯·威尔逊（Henry Van Peters Wilson）发现硅质海绵细胞可以退化成未分化的组织，这些组织可以自我组织并再次分化成海绵。在接下来的几十年里，包括脊椎动物在内的许多其他物种证明了自组织。细胞可以在不需要外部指导的情况下自组织的发现表明，细胞本身包含形成多细胞三维结构所需的信息。自组织和从hiPSC衍生特化细胞的结合使研究人员现在能够从人类细胞中创建3D类器官模型，用于药物开发和机制研究。

微细加工

虽然hiPSC的发现和来自不同器官的类器官的产生是生物医学研究和药物开发的巨大进步，但微细加工技术的进步协同地将能力提高到在药物开发中消除动物试验所需的水平。特别是，器官芯片模型的开发能够对培养物中的细胞微环境进行更高水平的控制，以研究疾病和病理生理学。Wyss研究所的David Ingber是2007年第一个开发出芯片肺的人。从那时起，许多单器官和多器官系统被开发用于研究和商业应用。

对于大多数器官芯片模型的制造至关重要的是软光刻技术的发明，它描述了一系列用于从图案模具制造软质和弹性印章和结构的技术。该技术称为软光刻，因为它允许软材料的图案化。虽然软光刻中使用了各种各样的材料，但有机硅弹性体聚（二甲基硅氧烷）或PDMS是使用非常广泛的材料。还有来自不同供应商的大量配方，涵盖了广泛的物理和化学特性。软光刻中经常使用的PDMS变体是道康宁的Sylgard 184。BMSEED使用Sylgard 184制造可拉伸微电极阵列。

我们的使命

BMSEED的使命是提供创新产品，有助于在药物研究和药物开发中消除动物。我们的目标是使临床前研究比动物模型更有效地准确预测临床结果。

我们的核心技术是可靠制造专有的可拉伸微电极阵列（sMEA）。我们的MEASSuRE平台通过在受控的体外环境中复制体内细胞的电气和机械环境，用于2D和3D培养，大大提高了体外实验的有效性。这对于体外研究很重要，因为生物电学和生物力学线索会影响hiPSC衍生谱系的表型和功能。在没有生物物理（即电或机械）线索的情况下，体外细胞将与体内对应物不同。例如，Nunes等人证明，与非刺激对照相比，电刺激hiPSCs改善了心肌细胞（CM）结构，诱导肌节成熟并增强了电生理特性。塔洛克等.表明，与未拉伸对照相比，hESC的循环机械拉伸促进了心肌细胞分化产量和基质纤维排列的2倍增加，心肌细胞肥大增加了2.2倍，增殖率增加了21%。这些越来越多的证据表明，通过增加电或机械刺激从干细胞分化的心肌细胞更能代表成人心肌内的天然表型。

MEASSuRE结合了三个关键模块，用于研究机械拉伸对组织电生理学的影响。该设备集成了：

● 一种应用生理和机械拉伸的细胞拉伸装置

● 用于细胞外电生理学的数据采集模块，用于评估拉伸前后细胞的健康、功能和成熟度

● 活细胞成像系统，用于可视化损伤期间的细胞和细胞过程

这三种范式是同时和独立应用的。该电生理学、成像和力学模块这些独特功能的关键是专有的可拉伸微电极阵列 （sMEA）。目前，BMSEED是唯一一家为体外研究应用提供可拉伸微电极的公司。