乳腺癌是全世界妇女最常见的癌症，人们在开发治疗这种疾病的疗法方面花费了很多精力。在这些治疗方法中，化疗已被证明是最有效的方法之一；但是，这些治疗方法中使用的药物会产生不良的副作用，其中最严重的是对心脏的毒性。除了对心脏的组织损伤外，乳腺癌化疗药物还可能影响心脏的泵血能力或导致临床心力衰竭。

为了避免这些问题的发生，人们努力对乳腺癌化疗患者的心脏进行监测，并据此调整治疗水平。目前监测心脏的方法包括使用超声心动图和其他影像学程序，以及采取心脏活检。但影像学检查方法只能检测到晚期的、不可逆的心力衰竭，而且活检的创伤性很大，对患者来说身体也很痛苦。

有一些替代的监测系统可以在实验室中创建，以模拟身体中发生的情况。这些芯片上的器官模型由一个硅胶芯片组成，该芯片带有用于培养特定类型活体组织的隔间。这些隔间与微流体通道相连，氧气和营养介质通过这些通道被泵送和循环。组织细胞通常会向周围的介质中分泌称为生物标志物的分子，这些分子是其健康和功能的良好指标。然后可以测量这些生物标志物的水平，以确定组织的状况。

最近，已经有方法成功地创建了简单的系统来监测选定患者的乳腺癌药物的心脏毒性，但是，迄今为止，很少有人尝试在更大、更全面、更可靠的模型中生产这样的系统。

包括Terasaki生物医学创新研究所的一个小组在内的一个合作团队开发了一个片上器官系统，更广泛地检查乳腺癌和心脏组织对乳腺癌治疗药物的反应。对于他们的系统，他们选择测量两种心脏生物标志物，这两种生物标志物是由健康的心脏细胞产生的，还有一种生物标志物是由积极生长的乳腺癌细胞产生的。研究中包括对健康和人工诱导的受损心脏组织的测试，以反映乳腺癌患者在化疗前可能的心脏状况。他们还设计了系统的附加功能，以增强其能力。

该团队设计了一个芯片系统，其中有两个独立的隔间，分别用于培养乳腺癌组织和健康或人工诱导的受损心脏组织；这些隔间由通道连接，允许液体在它们之间自由流动。为了更密切地重现原生身体组织的机械特性，组织培养物是通过将心脏或乳腺癌细胞的微小球体封闭在一种明胶物质中来制备的。对芯片的循环流体系统进行预先设定的控制，确保组织获得氧气、营养介质和化疗药物的输送。

"这项工作为监测乳腺癌化疗的心脏毒性建立了一个重要的模型，"第一作者Junmin Lee博士说，他是寺崎研究所研究团队的成员。"我们成功地创建了密切模仿身体组织的心脏和乳腺癌组织，我们开发了改进的传感装置和药物输送系统，这些都是片上器官技术的里程碑。"

与心脏或乳腺癌组织的单室模型相比，发现积极生长的乳腺癌组织与心脏组织沟通，比单芯片系统中的健康心脏生物标志物水平下降。此外，双芯片系统还提供了证据，证明乳腺癌细胞的生物标志物分泌不仅受到药物治疗的影响，而且受到其与不同损伤程度的心脏组织相互作用的影响。这表明，心脏和乳腺癌组织之间的相互作用对细胞功能和疾病进展的指标有重要影响。

虽然对于受损前的心脏组织在暴露于乳腺癌药物时是否更容易受到心脏损伤无法做出明确的结论，但结果显示，在健康的心脏组织中，乳腺癌药物的递送导致健康心脏生物标志物的细胞生长和分泌比没有药物时减少。

可以进行进一步的测试，探索该模型用于检测和预测化疗药物的心脏毒性。该模型可能会扩展到包括对长期培养的组织的观察，检查额外的生物标志物，使用来自几个病人的组织来测试该模型，以及测量其他非生物标志物的心脏损伤指标（例如电和收缩功能）。未来的可能性可能是在芯片上添加一个肝脏组织组件，并考虑系统的可扩展性，以与身体系统相关联。

"这些努力奠定了重要的基础，可以为未来在疾病建模方面的应用铺平道路，"寺崎研究所主任兼首席执行官Ali Khademhosseini博士说。"我们研究所的个性化生理学平台是我们将个性化医学带入现实世界的众多载体之一。"