類器官於產業之應用：以電生理學觀點加速藥物研發

近年來，類器官的使用已成為生物醫學研究中的變革性工具，提供了具有生理相關性的人類組織3D模型。在類器官的眾多應用中，於電生理學的用途正受到越來越多的關注，特別是在製藥與生物科技產業。藉由利用類器官電生理學，企業能夠提升藥物研發與臨床前試驗，進而開發出更有效且更安全的治療藥物。

類器官於產業中的角色

製藥與生物科技公司正日益利用類器官模型來模擬人類器官功能，與對應的動物模型相比，這為研究疾病和篩選候選藥物提供了更好的平台。源自誘導性多功能幹細胞或患者來源組織的類器官具有關鍵優勢，包括基因穩定性、結構複雜性以及模擬器官特異性電生理特性的能力。

類器官電生理學的優勢

電生理學為研究生物組織電學特性的學門，對於神經科學與心臟病學等領域的藥物開發相當重要。藉由將電生理學技術融入類器官模型，企業可以：

改善藥物篩選：具備功能性離子通道與神經網路的類器官能夠對神經活性和心臟毒性藥物進行高通量篩選。

提升疾病模型建立：電生理學評估有助於模擬癲癇、心律不整以及神經退化性疾病等病理狀態。

減少對動物模型的依賴：類器官系統提供了比傳統動物研究更具有人類相關性的替代方案，進而提高了轉譯準確性。

在製藥與生物科技領域之應用

神經系統疾病與藥物研發

研發阿茲海默症、帕金森氏症與癲癇等神經系統疾病治療藥物的企業，正利用大腦類器官來研究神經元活性與突觸功能。透過微電極陣列（亦稱為多電極陣列或MEAs）與膜片鉗電生理學等技術，研究人員能夠觀察神經元對不同化合物的反應，進而改善臨床試驗的候選藥物選擇。

實例：部分生物科技公司將大腦類器官與電生理學評估結合使用，在高度模擬人類神經組織的模型中測試藥物的療效與毒性。

圖1。於網格微電極陣列上培養以進行電生理紀錄的人類大腦類器官。影像由德克薩斯大學聖安東尼奧分校研究人類大腦類器官癲癇模型的Jenny Hsieh實驗室提供，類器官培養與顯微影像由Sara Mirsadeghi完成。

圖2。網格微電極陣列上的神經類球體。訊號軌跡由與該類球體接觸的四個電極所記錄，而動作電位突波則是利用六倍標準差閾值所辯識。數據與影像由位於德國Reutlingen的NMI自然與醫學科學研究院的Tom Stumpp與Peter Jones博士提供。

心臟藥物研發

整合電生理監測的心臟類器官讓研究人員能夠評估藥物對心律與離子通道功能的影響。此類模型對於評估新藥引發心律不整的風險相當重要。

實例：部分機構正利用工程化心臟組織與心臟類器官來預測藥物引起的心臟毒性，從而降低患者發生不良心臟事件的機率。

使用網格微電極陣列與IntraCell進行藥物篩選

與2D培養相比，心臟類器官具有自我組織的能力，在某些情況下甚至能形成心室，為研究藥物影響與心臟病理生理學提供了具備生理相關性的模型。網格微電極陣列讓研究人員能夠以電學方式測量類器官內部的協調活性與訊號傳遞。

心臟類器官為研究藥物的反向影響或誘導疾病狀態提供了獨特的機會。利用IntraCell的雷射光穿孔技術可以從類器官內部記錄細胞內動作電位數據，而使用網格微電極陣列則可從類器官內部記錄細胞外場電位，在維持類器官形狀的同時收集到真實的數據。由於IntraCell與網格微電極陣列皆能在不損傷類器官的情況下收集數據，因此類器官可以存活更長的時間，這表示使用這些系統既能進行急性研究，也能進行長期研究。

面臨的挑戰與未來展望

雖然類器官電生理學前景廣闊，但仍面臨幾項挑戰：

• 可放大性：將類器官生產標準化來用於高通量應用仍是一個障礙。
• 複雜性：重現完整的器官功能，包括血管化與免疫交互作用，目前仍是一項持續存在的挑戰。
• 數據解讀：電生理學會產生龐大的數據集以供分析。進階分析與人工智慧有助於克服這項挑戰。

隨著技術的不斷進步，類器官與生物電子系統、人工智慧以及晶片實驗室平台的整合，將進一步提升藥物研發與個人化醫療的方法。

類器官電生理學透過提供與人體高度相關的測試和研究模型，正在為藥物研發帶來革命性的改變。利用這項技術的製藥與生技公司有望提升藥物療效、降低研發成本，並加速提供挽救生命的治療方法。隨著該領域的持續發展，以類器官為基礎的平台將在塑造精準醫療與疾病模型建立的未來中扮演日益關鍵的角色。