臺灣大學應用力學研究所許聿翔副教授從發展3D微血管組織體外晶片的技術出發，逐步擴展到心臟藥物自動化篩檢系統，目前進入試量產製程開發階段；同時亦發展出一種血管網絡與腫瘤球共培養技術，突破目前癌症腫瘤球的培養困境，創建具血管仿生腫瘤球模型。目標是在短時間內培養出具代表性的人類體外器官及組織模型，並提供可進行大量藥物篩檢的平台，以降低藥物開發成本，力拼將臨床前試驗的藥物開發時程縮短至1~2年。

撰文/李林璦

在一片名片大小般的晶片上，能夠看到一條條心肌細胞整齊排列成同心圓狀，一下一下地規律收縮，猶如人體內的心臟跳動躍然眼前。

開發出心臟器官晶片的臺灣大學應用力學研究所副教授許聿翔指出，「心臟器官晶片有望讓過去需要5~9年的臨床前試驗篩藥時程，縮短至1~2年。」

他解釋，雖然目前藥廠研發藥物時，有許多以光學系統為主的自動化設備進行定量實驗，但是要從臨床前1萬至近百萬個候選新藥篩選出5個進入臨床一期，時間還是需要長達3~6年。

而藥廠篩藥的首要指標除了「功效性」外就是「安全性」，最常觀察的是藥物對於心臟、肝臟、腎臟的毒性，此重要性可從1976年至2005年下架藥物可以探知，在此期間下架藥物與心臟及肌肉相關的藥物就佔了35%，可見在安全性評估中最困難的即是心臟毒性。

由於心臟是一個具機械性的組織，透過電訊號讓心肌細胞興奮與收縮(Excitation-Contraction Coupling)的機制，才能使心臟收縮有心房到心室的順序，然而在體外很難模擬這樣的收縮效果，因此多以動物實驗為體外心肌模型的來源，但因基因上的差異，仍有許多藥物毒性及副作用無法在動物實驗中探知。

而許聿翔從發展3D血管組織體外晶片的技術出發，逐步擴展到心臟藥物自動化篩檢系統外，並同步發展出在血管網絡與腫瘤球內共培養技術，突破目前癌症腫瘤球的培養困境，創建具血管的仿生腫瘤球模型。目標是提供可量產之人類體外器官模型及疾病模型，以降低藥物開發成本、縮短開發時程，並提升藥廠藥物開發的成功率。

首創3D組織晶片 讓血管「可視化」

從臺大機械工程系、應力所出身的許聿翔，原先是完完全全的「工程人」，說起當初跨領域投身到生醫領域的起心動念，他笑道，其實是因為當時女友主修生物領域，約會時常常因為要固定時間回實驗室做細胞實驗，而不能離開太遠或太久。

這樣的實驗操作方式對長期受工程人思維邏輯訓練的許聿翔來說，有很大的衝擊。因此他常常思索解決方案，為了能學習生醫工程的技術，他到美國加州大學爾灣分校攻讀醫學工程，並開始著手運用微機電系統(MEMS)的技術開發自動監測細胞行為的系統。並在博士後研究時，將組織工程技術與微流體技術結合，將細胞放入一個腔室只有1 微升(μL)的晶片中，使其自然發展成與體內相似的3D組織結構，此技術與傳統平面培養皿的2D細胞培養方式有相當大的差異。

且此技術不需像過往動物實驗須培養約半年的時間，才能發展出與體內相似的3D組織進行實驗。此技術在兩週內即可培養出具代表性的組織，並可以直接進行實驗。許聿翔所開發的血管組織晶片也成為全球最早開發...