Brett Spangler

Lonza公司生命科学解决方案部门产品经理

膜片钳技术是这种方法学的代表，被广泛应用。在药物对于电兴奋性的影响上，它能够提供详尽的信息。但是这种技术操作极为繁琐，包含大量手工步骤，而且一直以来通量极低。

虽然近期的技术突破使得更高通量的自动化膜片钳开发成为可能，但仍然有其局限。比如一些平台受限于必需使用某些种类的细胞系，另外一些则为了获得更大的数据量，使用了低电阻膜片技术从而牺牲了数据质量。所以它们并没有在中枢神经安全药理测试中被广泛采纳。

膜片钳技术还受限于其单通道和单细胞的特性。虽然使用自动化技术来对多个神经元进行同步膜片钳检测已成为可能，但能同时研究的神经元数量还是太少。而正是这个主要的局限，这种技术无法被用于观察群体细胞的协同电活动，比如惊厥样活动这种中枢神经毒的重要组成部分。

正是由于胞内记录的这些缺陷，人们转向细胞外记录技术，试图开发出一个适合惊厥样活动检测的高通量平台。而MEA（微电极阵列）技术是其中最有希望的一种。

虽然目前基于MEA和原代细胞组合的测试方法已经能够提供可靠且强大的工业级毒理筛选方案，人们还在研究如何能继续来做一些改进。这些进展虽然并未得到广泛使用，但能够反映出这个领域诱人的未来潜力。

特别受到关注的是人多能干细胞，基于它我们能够得到更具人类神经毒理代表性的细胞模型。正是由于这些细胞所具有的更大生理相关性，人们将其称为“体外毒理学的未来”。然而，从hiPSC分化出具有足够功能活动的神经元却比较困难，而且可能要等待几个月的时间，这些细胞才能显现出人们期待的特性。所以，啮齿类动物的原代细胞模型作为目前神经毒理测试的行业标准，在iPSC研究中将可能被用来作为对照品。说到底，我们还要做不少工作来确认hiPSC来源的神经网络之功能特性。到目前为止，这些细胞的可靠性、一致性和成熟性还不足以满足工业需求。

在进展中的另一种方案是在MEA上使用更复杂的培养体系。这可能是很有价值的策略，因为标准的神经培养并不能反映出复杂的3D神经环路，也缺乏和非神经元细胞的互作。而在某些神经毒理的机制里面，这两点是至关重要的。为了应对这些问题，高通量MEA系统在器官型细胞培养、急性脑片以及三维类脑器官培养（俗称迷你大脑）方面有开发了新的应用。（相关研究参见Muotri博士文章链接：UCSD实验室获得类脑器官，记录到的脑电波类似于早产婴儿。）这些进展预示着MEA系统生理相关性将得到增强，虽然仍尚未得到工业界的广泛应用。

如上所述，使用啮齿类动物的原代细胞和MEA平台，我们得以对神经电生理活动开展可靠、一致且高通量的评估。对于细胞内记录而言，MEA系统的主要优势是能够对神经群体的电活动进行测量，获得的结果更能反映出体内的癫痫毒性。在将来，通过结合hiPSC和复杂3D培养，这种生理相关性将得到进一步的改善。

开展体外神经毒理测试将能够在更早期对候选药物开展有效筛选，缩短浪费在失败项目上的时间并降低药物开发的总体成本。最终，这种升级版的神经毒性测试将提高新型治疗方案的开发效率，并给病人带来实际的利益。