一种药物从实验室到药房的旅程通常漫长而昂贵，通常需要十年或更长时间，并耗费数亿美元。制药和化学公司愿意对 化学化合物 进行这些重大时间和金钱投资，这些化合物有望成为下一个伟哥、百忧解或其他重磅药物。然而，这些实验常常在后期被取消，因为毒副作用浮出水面。
药物制造商可能很快就会拥有一种新工具，可以在流程的早期评估安全性，从而节省他们的金钱和时间，并消除在 活体动物 上测试早期化合物的需求。纽约州特洛伊市伦斯勒理工学院、加州大学伯克利分校和Solidus Biosciences, Inc.（一家位于伦斯勒孵化器计划的生物技术初创公司）的研究人员在《美国国家科学院院刊》上报告称，他们开发了生物芯片技术，有望在早期实验中揭示化学品和候选药物的潜在毒性。
这些生物芯片——称为 MetaChip 和 DataChip——模拟了身体摄入药物时的反应。MetaChip 实际上是一个玻璃载玻片，上面点缀着 20 纳升的液滴——每个液滴为 200 亿分之一升——其中包含人肝酶溶液；研究人员可以通过将这些化学物质引入溶液滴中并观察它们的反应来测试化合物的毒性。DataChip 也是玻璃载玻片，但它内衬含有来自膀胱、肾脏或肝脏的细胞培养物的液滴；科学家可以通过将化学物质滴到载玻片上并测量培养物随时间的生长或收缩来测试化学物质的安全性。这两种生物芯片也可以串联使用——MetaChip 可以翻转并直接应用于 DataChip，以观察材料如何相互作用。
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加州大学伯克利分校化学工程教授兼 Solidus Biosciences 联合创始人道格拉斯·克拉克说：“我们最初的目标是通过在药物开发过程的早期进行毒性分析来降低开发新药的成本。” “我们希望候选药物在筛选功效的同时也筛选毒性。最终，这将降低失败的成本，并降低推向市场的药物的成本。”
MetaChip 和 DataChip 现在已成为现实，因为科学家能够分离和生成 p450 肝酶，并在液滴中制造三维细胞培养物。伦斯勒化学和生物工程教授兼 Solidus 联合创始人乔纳森·多迪克说：“很难量化生物芯片将加快开发速度和降低成本的程度。最安全的说法是，大约 70% 的药物失败是由于毒性造成的。如果我们能更早地发现这些，那么这些化合物将永远不会进入临床试验。每种化合物通过发现过程需要花费数亿美元。”
而且这些成本还没有考虑到大量动物不必要地遭受潜在有毒物质的侵害，即使人类的反应可能不同。“你总是要问一个问题，”多迪克说，“那就是在动物身上进行的测试是否能预测人类的反应。”
由于欧盟将于 2009 年 3 月生效的动物测试禁令，对生物芯片技术的需求无疑将上升。“我并不是说我们将消除制药行业的动物测试，但可以在测试过程的后期进行，”多迪克说，在 MetaChips 和 DataChips 确定哪些化合物足够安全可以进入可能需要进行此类测试的阶段之后。Solidus 正在努力将其芯片商业化，并且即将与一家“大型化妆品公司”签订合同，克拉克说，但他拒绝透露该公司的名称。
创建 MetaChips 和 DataChips 所需的技术在很大程度上是当今可用的。生物芯片的使用需要一台高通量微阵列点样机，将液体酶点放置在载玻片上。下一步涉及光学检测系统，该系统由连接到荧光光源的摄像头组成，以拍摄细胞培养物的数字图像并突出显示活细胞和死细胞。多迪克说，最终目标是创建一个可以执行这两项功能的机器。研究人员表示，生物芯片还可以用于针对不同患者群体使用不同的药物。“最终，每个人都会有自己的 DataChip 或 MetaChip，其中包含他们自己的基因信息，”多迪克说，并指出目前市场上大多数药物都是“一刀切”的。
扩展 DataChip 的一种方法是包括代表不同器官的不同细胞类型。除了前面提到的细胞外，克拉克说研究人员现在正在开发包含心脏细胞、神经细胞和皮肤细胞的溶液。该公司还在寻找在其芯片上进行毒性测试以外的更多方法。特别是在化妆品行业，这些芯片可能有一天可以用来代替豚鼠——包括真实的和人类的——来确定毒性，以及某些化学物质是否可能在某些皮肤类型中引起过敏反应或刺激。