前不久，Hesperos公司（Hesperos, Inc.）通過向其專利性多器官微流控設備系統中添加新的體外、人類神經肌肉模型，提高了自身開創性的人類-芯片（human-on-a-chip）藥物測試能力。神經肌肉接頭功能異常與神經退行性疾病有關，比如肌萎縮側索硬化癥（ALS）和脊髓性肌萎縮癥（SMA）。而人類模型對于開發和選擇治療這些疾病的有效藥物是至關重要的。

公司首席科學官James Hickman最近發表了一篇論文，對這項突破性技術進行了描述。James Hickman來自佛羅里達大學混合系統實驗室（Hybrid Systems Laboratory）。“干細胞衍生的表型人類神經肌肉接頭模型能夠評估治療藥物的劑量反應。”這項技術已授權給Hesperos公司，目前可以進行收費分析化驗。

BioMEMs構想是首創性的。與其他在共同培養中檢測神經肌肉功能或使用生物標志物活動和蛋白分析的測試不同，Hickman的模型是一個運作平臺，能夠重新建立人類神經元和骨骼肌之間的連接。這種區室化、無血清的微流控裝置是用擁有微小隧道的薄硅膜制成的。人類干細胞培育出的神經細胞（運動神經元）和骨骼肌細胞（成肌細胞）分別被置于微管膜的對側，形成一個提供電學和化學隔離的屏障。

經過幾天時間，肌肉細胞融合形成肌纖維（肌管）。運動神經元發出軸突（從神經細胞體向外傳導電脈沖的細長突出部分）穿過微隧道并與肌管形成神經肌肉接頭。這些接頭成為兩種細胞之間溝通交流的橋梁，與人體內的情形相似。最終，微小的肌肉能夠被運動神經元激活或直接電刺激產生收縮反應。

藥物能夠運用到該模型上——單次給藥或長時間的多次給藥，模擬真實藥物評估條件——以測量肌肉系統如何反應。這項研究由美國國立衛生研究院（NIH）資助，Hickman描述了他的團隊獲得的以下3種藥物生成的劑量反應曲線：箭毒毒素（curare toxin）、α金環蛇毒素（alpha bungarotoxin）和獲批藥物肉毒桿菌毒素（botulinum toxin，BOTOX?）。

在全部4次刺激頻率測試中，研究結果都與體內（活體人類）數據密切匹配，說明該模型能夠極其精準地復制活體人類系統，允許進行快速、現實、非侵入性的藥物測試——而不是使用動物模型。

Hesperos公司因其創新的動物測試替代方案而受到認可，其中包括2015年國際反動物測試科學獎（2015 Lush Prize for Science）。使用活體動物測試藥物除了倫理道德的考慮之外，動物測試還存在不準確的問題。在每50種動物測試安全的藥物中，只有一種對人類也是安全的，并且FDA基于動物測試批準藥物的過程也十分漫長。

與之相對，Hickman模型產生出的功能性資料與臨床醫生在人體臨床試驗中觀察的現象緊密關聯。這將有助于為未來臨床試驗的設計提供信息，并縮短藥物開發的時間。

“在量化不同作用方式的神經肌肉阻滯劑造成的功能缺失程度方面，該模型的敏感性提供了一種高度準確和靈敏的新藥篩選工具，”Hickman說，“它也能夠允許我們觀察神經肌肉系統隨疾病發展的行為，并能夠根據患者的病情和經歷指導治療方案的選擇。”

“隨著這種針對病變運動神經元或肌肉的系統在未來的發展，它也可以用于為其他神經肌肉疾病開發藥物，”Hesperos公司總裁兼首席執行官、康奈爾大學生物醫學工程系創始主任 Michael Shuler補充說，“我們很高興能將這個技術添加到我們的人類-芯片‘工具包’中。”