临床前模型在癫痫药物发现中的重要性
癫痫是一种慢性神经系统疾病，全球患者超过 5000 万人，也是神经科学领域研究最为密集的治疗方向之一。尽管市面上已有多款抗癫痫药物，但目前仍无有效的治愈手段，现有药物均只能缓解症状。当前药物治疗常伴随副作用，30% 的患者因此发展为药物难治性癫痫。若要在抑制症状之外开发更安全、更强效的新型抗惊厥疗法，临床前药物发现与开发阶段必须有稳健的实验模型支撑。为准确评估新型疗法（更安全、特异性更高、具备疾病修饰潜力）的转化价值，业界对早期药效与安全性验证筛选实验的需求十分迫切。可用的药物筛选方法虽多，但多数通量偏低，更适合机制研究而非高效的药物筛选。
多孔多电极阵列（mwMEA）平台可实现高通量体外功能检测，用于构建癫痫等神经系统疾病模型。
贯通体外与体内模型，推动转化型癫痫研究
临床前模型是早期药物开发的关键，可提供受控环境以评估药效、安全性与药代动力学特征。现有模型能够模拟从急性到慢性的癫痫过程，并覆盖诱导性与遗传性两类癫痫。体外与体内模型的结合，使研究者得以从细胞与神经元网络层面直至可转化的啮齿类模型，多层次解析疾病机制，复现多种发作类型与癫痫综合征。采用体外与体内模型相结合的策略，可显著提升抗惊厥药物筛选的稳健性与可转化性。具体而言，先在体外体系中进行高通量筛选，可加快潜在先导化合物的识别并研究其作用机制；随后通过动物实验，在活体条件下评估药效、毒性与药代动力学。
体外模型具有多重优势：成本更低、重复性高，并可减少研究中的动物使用。此类模型多基于神经元培养与脑片构建，极大推动了人类对癫痫发作的认识，被视为神经科学研究的金标准。构建致痫环境的方法之一，是打破细胞外基质的离子平衡，因为离子梯度调控着神经元的兴奋性。例如，提高细胞外钾浓度会增强神经元兴奋性，在细胞培养中诱发出类癫痫样活动。同样，也可利用离子通道抑制剂建立癫痫模型。例如，4-氨基吡啶（4-AP）作为电压门控钾通道阻滞剂，可延长动作电位，导致神经递质释放增加，进而增强突触传递强度，在神经元培养中产生惊厥效应。
除调节细胞外离子浓度或干预电压门控钾通道外，还可通过作用于兴奋性或抑制性通路来构建致痫条件。例如，为模拟急性发作，可使用戊四氮（PTZ）作为 GABA 拮抗剂阻断抑制性环路，从而在啮齿类动物原代神经元培养中引发癫痫样放电。该模型对增强 GABA 能抑制作用的药物尤为适用。部分模型则通过印防己毒素抑制 GABA-A 受体，诱导以过度兴奋为特征的发作，有助于理解抑制性神经传递，适用于机制研究。
候选抗癫痫药物也可在遗传性致痫模型上测试，例如 Scn1a 敲除小鼠模型，该模型对应 Dravet 综合征（DS），在人类中表现为早发性重度癫痫、认知障碍及猝死病例。研究者常采用小鼠来源的体外体系，通过电生理记录探究 DS 的病理生理机制，并开展体内验证；但难以获得合适的 DS 小鼠队列，是开展此类研究的瓶颈。构建稳健的高通量筛选平台，可显著突破这一障碍。[1][2]
ChemPartner 为癫痫研究提供可靠的高通量筛选方案
我们建立了多孔多电极阵列（mwMEA）平台，可实现高通量体外功能检测，用于构建神经系统疾病模型并加速药物筛选。我们在 mwMEA 板上培养的大鼠海马神经元上，使用作用机制各异的经典致痫化合物——印防己毒素（PTX）、4-氨基吡啶（4-AP）与戊四氮（PTZ）——以及提高细胞外 K⁺ 浓度，建立了化学诱导癫痫模型。
经多种致痫化合物处理后，同步爆发性放电增加。
实验采用多孔微电极阵列（mwMEA）平台记录细胞外神经元活动，主要读出指标包括平均放电率、爆发持续时间与网络爆发间期（IBI）变异系数（CV，用于评估爆发的规律性与同步性）。采用膜片钳电生理技术测量动作电位及电流刺激诱发的棘波数。在遗传性 Dravet 综合征模型的长期监测中，测量指标涵盖平均棘波频率与每簇棘波数。为验证模型，我们使用了丙戊酸钠（VPA）与瑞替加滨（RTG）。VPA 是 GABA 能传递增强剂及电压门控钠通道阻滞剂，通过提高脑内 GABA 水平、抑制 GABA 转氨酶、减弱兴奋性神经传递发挥抗癫痫作用，对多种发作类型均有效。RTG 是 KCNQ 通道激活剂与 GABA-A 受体调节剂，在癫痫治疗中通过使 KCNQ（Kv7）钾通道激活电位向更负方向偏移、增加静息状态下开放通道数量、抑制发作扩散，从而降低神经元过度兴奋。
mwMEA 模型验证显示，经多种致痫化合物处理后同步爆发性放电增加，丙戊酸钠亦呈现浓度依赖性的作用效果。
针对遗传性致痫模型，我们建立了以反复、持续时间较长的发作为特征的严重癫痫性脑病 DS 模型。DS 小鼠的原代神经元在幼龄阶段取材，并在 mwMEA 记录板上长期培养。
我们在 Scn1a 突变的遗传细胞模型中评估了丙戊酸钠。对取自野生型（WT）与 SCN1A 突变 Dravet 综合征（DS）小鼠幼仔的皮层神经元，长期监测其兴奋性发育过程（A）。WT 与 DS 神经元在依次暴露于促惊厥与抗惊厥药物后，棘波与爆发放电敏感性的比较（B、C）。
以高通量创新推动转化型癫痫研究
ChemPartner 的一体化高通量 mwMEA 平台，衔接了机制探索与转化型药物发现，加速新型抗惊厥疗法的识别与优化。我们的方案可为下一代抗癫痫药物提供稳健、可重复、高内涵的筛选支持。
本文仅作简要介绍。如需深入了解我们的实验设计、数据洞察与案例研究，欢迎莅临我们在神经科学学会（SfN）年会上的壁报展示，题目为“用于遗传性与化学诱导癫痫模型的抗癫痫药物筛选高通量体外功能平台”。欢迎与我们的科学家交流，了解 ChemPartner 如何推动临床前神经科学研究变革。
参考文献
[1] Heydari, Y., Bozzi, Y. & Pavesi, L. Decoding Epileptic Seizures: Exploring In Vitro Approaches to Unravel Pathophysiology and Propel Future Therapeutic Breakthroughs. Biomedical Materials & Devices 2, 905–917 (2024). https://doi.org/10.1007/s44174-024-00158-4
[2] Shafieq, S., Ali, S. S., Sharma, N., & Sethi, V. A. (2025). Experimental Models for Anticonvulsant Research: A Comprehensive Review of In Vivo and In Vitro Approaches. International Journal of Newgen Research in Pharmacy & Healthcare, 3(1), 138–157. https://doi.org/10.61554/ijnrph.v3i1.2025.148
