"Органы-на-чипе" впервые объединили в общую систему для проверки новых лекарств

В единую контролируемую систему учёные объединили три "органа-на-чипе": сердце, лёгкие и печень.
Фото Wake Forest Baptist Medical Center.

Исследователи со всего мира давно обсуждают возможности создания полноценной системы человеческих "органов-на-чипе" (organ-on-a-chip). Такая система послужит для тестирования экспериментальных препаратов и способов лечения, а также для проверки новых методов защиты людей от биологического, химического и радиоактивного оружия.

Опыт создания трёхмерных "органов-на-чипе" у специалистов уже имеется. Им даже удалось напечатать на 3D-принтере "сердце-на-чипе" с интегрированными в него датчиками.

Теперь же исследователи из Института регенеративной медицины Уэйк Форест представили целую систему "органов-на-чипе", которая функционирует как в живом организме.

В единую контролируемую систему были объединены искусственное сердце, лёгкие и печень, рассказывают авторы. По их словам, основная цель проекта – сымитировать работу человеческого организма. Это позволит использовать систему для тестирования новых препаратов.

Помимо этических плюсов (отказ от тестов на животных и клинических испытаний), работа несёт ещё и экономические выгоды. Дело в том, что для здравоохранения дешевле создать подобную систему "органов-на-чипе", чем потратить средства на создание нового препарата, который потом может даже не выйти в производство из-за своей непригодности.

Сегодня фармацевтические компании при разработке новых лекарств в 90% случаев сталкиваются с такого рода неудачами. Сперва учёные тестируют препараты на культурах живых клеток человека, затем следуют испытания на животных. Но эти методы не могут продемонстрировать все возможные реакции и побочные эффекты от употребления нового препарата человеком. Поэтому на последнем этапе проводятся клинические испытания (которые могут закончиться даже смертью добровольцев).

"Нам нужны усовершенствованные системы для точного прогнозирования воздействия лекарств, химических веществ и биологических агентов на организм человека", — рассказывает директор Института регенеративной медицины Уэйк Форест Энтони Атала (Anthony Atala).

В научной статье, опубликованной в журнале Scientific Reports, его команда сообщает об успешных экспериментах по созданию микроразмерных органов при помощи трёхмерных клеточных культур. Эти "органы-на-чипе" объединены на общей платформе.

Это первый успешный проект такого рода, поскольку раньше учёным удавалось объединять лишь клетки из нескольких органов в подобной системе. На этот раз получена функционирующая (хотя пока и частичная) модель человеческого организма.

Исследователи поясняют: для создания "органов-на-чипе" они использовали различные типы клеток, взятые из нативной ткани человека (то есть находящейся в природном состоянии, сохранившей свою структуру и никак не модифицированной).

Сердце и печень учёные выбрали потому, что большинство побочных эффектов у разных лекарств связаны с воздействием именно на эти органы. Лёгкие же являются "пунктом вывода" токсичных частиц. Кроме того, их исследование имеет огромное значение для разработки разных аэрозольных препаратов (воздействующих на этот орган дыхания).

Всё органоиды команда поместила в герметичную контролируемую систему, за которой велось наблюдение при помощи камер. Для поддержки жизнедеятельности по всей системе циркулирует жидкость с питательными веществами. Она же используется и для введения препаратов.

Чтобы проверить работу микроорганов, в систему для начала вводились препараты, действие которых уже хорошо известно медикам. К примеру, "печень-на-чипе" получила высокую дозу болеутоляющего средства, а следом препарат для противодействия токсинам. Как и в случае с настоящими человеческими органами, учёные сперва увидели токсическую реакцию, а затем под действием второго препарата она смягчилась. Точно так же среагировала бы настоящая человеческая печень, отмечает ведущий автор работы Алекс Скардал (Aleks Skardal).

Но гораздо более важной является возможность проследить реакцию на препарат не только отдельного органа, но и организма в целом. Разработчики системы подчёркивают: очень часто даже после одобрения препарата и выхода его в массовое производство обнаруживаются новые побочные эффекты. Как правило, это была реакция как раз тех органов, на которые не рассчитано воздействие лекарства, так что предусмотреть такой ответ было невозможно.

"Например, если вы проверяете, как действует препарат на печень, вы просто не узнаете, какие побочные эффекты он может оказывать на другие органы, – поясняет Скардал. – Используя единую систему на начальной стадии разработки лекарства, можно будет спасти множество жизней, а также сэкономить миллионы долларов".

К слову, в ходе проверки системы учёные уже выявили несколько неизвестных ранее реакций на широко используемые препараты.

К примеру, специалисты решили проверить лекарство для борьбы с раковыми клетками. Оно известно тем, что может вызвать рубцевание ткани лёгких (что, собственно, и было замечено). Но вот тот факт, что это лекарство также влияет и на сердце, стал сюрпризом для экспертов. Сперва биение "сердца-на-чипе" заметно ускорилось, а затем просто остановилось, рассказывают исследователи. При этом, когда они провели эксперимент с одним только "сердцем-на-чипе", подобной реакции у органа не возникло.

"Это было совершенно неожиданно, но это как раз тот тип побочного эффекта, который можно обнаружить только с помощью единой системы", — заключает Скардал.

По мнению его коллег, такая реакция связана с тем, что препарат вызвал распространение воспалительных белков из лёгких по всей системе. Наблюдая лишь за одним органом, заметить такой эффект не получится.

Именно для таких случаев и нужен подобный проект, заключает команда.

Следующим шагом станет расширение системы: учёные хотят добавить к ней другие "органы-на-чипе", а также увеличить скорость скрининга. Конечная цель – создание целого "тела-на-чипе", которое будет содержать все ключевые органы.

Напомним, ранее мы рассказывали о том, как помогает в создании искусственных органов и тканей технология трёхмерной печати. Например, с её помощью специалисты создают сети кровеносных сосудов, сердце, кожу, щитовидную железу и даже яичники, которые уже "дарят" здоровое потомство.

Сегодня

Полураспад Европы

Полураспад Европы

8 часов назад