Супермен-на-чипе
Исследователи из Института регенеративной медицины Уэйк Форест (Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, WFIRM) создали систему органоидов, которые можно использовать для обнаружения вредных и побочных эффектов лекарств перед внедрением в клиническую практику. Использование такой системы для скрининга потенциальных фармацевтических препаратов может существенно ускорить выход новых лекарств на рынок и снизить стоимость клинических исследований, а также сократить объем испытаний на животных.
Система построена из множества типов клеток человека, которые объединены в ткани, представляющие большинство органов человеческого организма, таких как сердце, печень и легкие. Каждый из этих миниатюрных органов представляет собой малые трехмерные тканеподобные структуры размером примерно в одну миллионную часть органа взрослого человека.
Важная особенность данной системы тканей человеческого тела – это способность определять токсичность лекарства для человека на очень ранней стадии развития и его потенциал для персонализированного лечения. Отказ от дальнейшей разработки проблемных лекарств на ранних стадиях может сэкономить миллиарды долларов и косвенно спасти большое количество человеческих жизней.
Группа уже работала над чипами с моделями отдельных органов и их групп, которые определяли токсичность многих препаратов, одобренных для лечения людей, а впоследствии изъятых из рынка из-за высокого риска серьезных нежелательных эффектов. Токсичность отозванных лекарств не была сразу обнаружена в исследованиях с использованием стандартных двухмерных систем для культивирования клеток и животных моделей, неблагоприятные эффекты не были выявлены также на всех трех уровнях клинических исследований на людях. А системы, разработанные группой из WFIRM, могли легко обнаружить токсичность.
В новом исследовании из-за определенных индивидуальных требований к каждому типу ткани для создания мини-органов использовался набор инструментов биотехнологических методов. Небольшие образцы клеток человеческой ткани выделялись и превращались в миниатюрные версии человеческого органа. Они могут содержать клетки кровеносных сосудов, клетки иммунной системы и даже фибробласты – клетки соединительной ткани. Каждый из этих мини-органов выполняет те же функции, что и органы человеческого организма, например, сердце бьется примерно 60 раз в минуту, легкие поглощают воздух из окружающей среды, а печень расщепляет токсичные соединения на безвредные отходы.
Такой подход оправдан: чтобы смоделировать различные реакции организма на токсичные соединения, нужна система, включающая все типы клеток, которые производят эти ответы.
Еще одной отличительной чертой новой имитации человеческого тела является кровообращение. Каждая модель органа на чипе содержит среду – жидкость с питательными веществами и кислородом, которая циркулирует между всеми типами органов, осуществляя газообмен и удаляя отходы. Для этих целей обычно применяется микрофлюидика, по основам которой осуществляется рециркуляция тестируемых лекарственных соединений и удаление продуктов распада.
Группа исследователей осознала, что лекарства и токсичные молекулы не перемещаются строго от одного органа к другому. Вместо того, чтобы переносить исследуемый препарат из одного органоида в другой, исследователи создали микрожидкостной контур, который раз за разом проводит лекарство через каждый мини-орган точно так же, как сердце рециркулирует молекулы с кровью через человеческое тело.
Система мини-органов – результат длительного и масштабного труда. Создание микроскопических человеческих органов для тестирования лекарств было продолжением объемной работы по созданию органов человеческого масштаба, не прекращающейся уже почти три десятилетия. За это время более 15 технологий создания тканей и органов, включая мышцы, мочевой пузырь и вагину, были испытаны на людях в клинических исследованиях.
Статья A.Skardal et al. Drug compound screening in single and integrated multi-organoid body-on-a-chip systems опубликована в журнале Biofabrication.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам EurekAlert: Wake Forest scientists create world's most sophisticated lab model of the human body.