Нейроны на чипе для проверки нейротоксичности
Биочип, разработанный учеными университетов Дортмунда и Констанцы, работающими под руководством Джонатана Веста (Jonathan West), обеспечивает расположение нервных клеток в строго определенном порядке, что значительно облегчает тестирование нейротоксичности лекарственных препаратов и других химических соединений.
Несмотря на то, что при разработке лекарственных препаратов Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) до сих пор требует проведения тестов на животных, внедрение нового чипа уменьшит количество токсичных веществ, доходящих до стадии тестирования на животных.
В то же время, многие европейские страны уже ввели запрет на тестирование косметических препаратов на животных, тогда как директива Европейского союза под названием REACH требует проведения большего количества химических тестов. По оценкам специалистов, в настоящее время люди сталкиваются примерно с 30 000 химических соединений, токсические свойства которых не протестированы в полной мере.
Лабораторные тесты на нейротоксичность подразумевают культивирование нервных клеток с последующим подсчетом количества формируемых ими отростков – аксонов и дендритов. Возможность формирования межнейронных контактов лежит в основе работы мозга и обеспечивает осуществление таких функций как запоминание и обучение. Поэтому нарушение этого механизма является достоверным показателем нейротоксичности. Например, известный нейротоксин акриламид подавляет формирование межнейронных контактов.
Однако подобные тесты очень трудоемки, а их результаты не всегда достоверны, так как при микроскопировании образца очень трудно объективно оценить длину отростков, сформировавшихся между расположенными случайным образом нервными клетками (пример хаотичного роста нейронов при общепринятой методике – на снимке вверху).
Разработчики нового биочипа предложили стандартизировать тест на на формирование нейронной сети путем закрепления нейронов на фиксированном расстоянии друг от друга. Это обеспечивается покрытием чипа, представляющим собой слой питательного субстрата, на который нанесена тонкая пленка из гидрофобного полимера полидиметилсилоксана (PDMS), перфорированная таким образом, что на ее поверхности проступает узор, состоящий из шестигранников. Полидиметилсилоксан отталкивает белки внеклеточного матрикса, обеспечивающие прикрепление клеток к поверхности, поэтому нейроны автоматически закрепляются в местах перфорации, где они имеют доступ к субстрату. Это позволяет исследователям быстро оценивать количество сформированных межклеточных контактов и их длину.
(В середине рисунка – электронная микрофотография участка биочипа, внизу – графическая реконструкция. На сайте Leibniz Research Centre можно посмотреть ускоренную видеозапись процесса роста нервных отростков).
Проведение одного теста с помощью стандартной методики обычно занимает около 10 часов, для тестирования 10 дозировок одного вещества, соответственно, требуется в десять раз больше времени. Новый чип позволяет выполнить это задание в течение всего лишь нескольких часов.
Работа над созданием нового чипа описана в статье «The network formation assay: a spatially standardized neurite outgrowth analytical display for neurotoxicity screening», опубликованной в последнем номере журнала Lab on a Chip. В настоящее время разработчики рассматривают варианты создания подобных чипов для тестирования клеток других типов, в том числе стволовых.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам TechnologyReview: Chip Makes Neurotoxicity Tests Quicker and Easier
01.02.2010