第 695 期

研究發展
藥物體外測試新趨勢：三維細胞球體
3D cell spheroid as a new trend in in vitro testing for drugs

許多藥物的售價非常昂貴，主要原因是藥物開發成本過於高昂。究竟有多昂貴？根據美國Tufts大學Joe DiMasi博士在2016年的研究報告指出，新藥開發成本日益增加，平均一個新藥需耗費約二十五億美元（約新台幣八百億元），其中的臨床試驗所費不貲；因此，如何能在早期準確評估新藥的毒性與效能，以決定是否進入人體或者動物實驗，是一項重要的課題。

利用體外培養的細胞測試藥物毒性的效能，是新藥進入體內實驗前的一個重要步驟。傳統細胞培養方式是讓細胞貼附在培養皿的基板上，以方便實驗操作與細胞觀察，但這些培養細胞的功能表現和在體內的細胞相較，仍有許多差異，也因此影響其藥物測試結果準確性。那該如何才能讓細胞在體外的表現能更接近體內呢？其實答案很簡單，就是在體外創造三維的細胞生長環境，如「三維細胞球體（3D cell spheroid）」的培養。

「三維細胞球體」是在體外經由細胞培養所形成的一群細胞團塊。與培養皿中二維培養細胞（2D cell culture）比較，三維細胞球體增加了細胞與細胞之間的接觸，並可產生類似體內的三維生長環境。將其用於體外培養癌細胞時，可生成三維癌細胞球體，以模仿動物體內腫瘤的細胞異質性與藥物傳輸特性。目前已有許多研究結果指出，比起傳統的二維細胞培養，使用三維細胞球體進行藥物測試能較準確預測藥物在體內的效果。

然而，相較於傳統的二維培養細胞方式，三維細胞球體因其培養方式較難進行細胞操作與分析，研究人員遂發展出新的工具，不僅有效降低成本，更加速相關研究的發展。例如，近年來已有新技術，透過改變細胞培養孔盤的結構設計以及搭配機器手臂自動化，讓使用者可以簡化相關細胞操作以增加實驗速度、細胞實驗結果再現性與準確度。另外，微流體技術（使用微米尺寸流體通道及微量液體達到精準操作細胞特性）也應用於三維細胞球體培養與分析，可提升三維細胞球體生成效率並且降低實驗成本。

現在科學家普遍相信，包括三維細胞球體在內的新穎體外藥物測試模型，可以拉近體外細胞測試與動物測試之間的差距，將來有機會大幅度減少、甚至取代藥物開發過程中所須進行的動物與人體實驗的時間及成本。本院生醫工程與奈米醫學研究所近年來積極發展組織工程與微流體技術相關三維細胞培養技術，目前已有部分技術獲得國際專利，未來也將持續開發，維持我國生醫工程技術及藥物研發競爭力。

此文已刊登於2017年2月20日聯合財經網生技頻道
《文/圖：生醫工程與奈米醫學研究所許佳賢副研究員》