Budowanie organów na chipie

Sposób, w jaki firmy farmaceutyczne testują leki, jest zepsuty, a Donald Ingber ma pomysł, jak to naprawić.

Naukowcy zazwyczaj testują potencjalne leki na zwierzętach, ale najczęściej przewidywania zwierząt zawodzą, gdy związek jest testowany na ludziach, mówi Ingber, dyrektor Instytutu Wyss na Uniwersytecie Harvarda. Przeprowadzanie wstępnych testów na ludziach jest oczywiście zbyt niebezpieczne. Proponowane przez nas rozwiązanie to prowadzenie badań na komórkach ludzkich, ale nie tylko na komórkach w naczyniu – komórkach, które wykazują struktury i funkcje przypominające narządy.

Ta historia była częścią naszego wydania z lipca 2012 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Aby to osiągnąć, Ingber i jego zespół opracowują menażerię urządzeń w mikroskali, które odwzorowują struktury i środowiska rzeczywistych narządów ludzkich dokładniej niż zwykłe naczynie hodowlane.

Pierwszym organem Instytutu Wyssa było płuco oddechowe na mikroczipie. Przezroczyste urządzenie wielkości kciuka jest wykonane z materiałów przyjaznych komórkom i służy jako platforma do hodowli ludzkich komórek płucnych. Małe kanały przecinają urządzenie. Powietrze i płyn przepływają przez kanały centralne, w których rosną komórki płuc, a ponieważ urządzenie jest elastyczne, naukowcy mogą zastosować podciśnienie do kanałów bocznych, aby kanały centralne rozszerzały się i kurczyły – podobnie jak ludzkie płuca. Zespół wykazał, że takie siły mechaniczne wpływają na zachowanie komórek. W przypadku komórek płuc, oddychanie mechaniczne pomaga im wchłonąć cząstki przepływające w komorze powietrznej.

Niedawno instytut opracował ludzkie jelito na mikrochipie. Centralny kanał urządzenia, wyłożony ludzkimi komórkami, może być poddawany falowym ruchom, które naśladują ruch jelit podczas trawienia. W chipie komórki tworzą podobne do palców struktury znane jako kosmki, które są ważne dla wchłaniania składników odżywczych i innych związków. Struktury te nie tworzą się, gdy komórki są hodowane w naczyniu, co sugeruje, że w urządzeniu czują się one bardziej jak w domu. Naukowcy mogą również hodować pospolite bakterie jelitowe wraz z komórkami jelitowymi w kanale. W naczyniu hodowlanym bakterie zwykle wyprzedzają ludzkie komórki, mówi Ingber; teraz możemy badać znacznie bardziej złożone interakcje.

Indywidualnie, każdy organopodobny chip daje naukowcom szansę zbadania ludzkich komórek w bardziej naturalnym środowisku i przetestowania ich reakcji na leki i toksyny. Ale Ingber pracuje nad wspanialszą wizją, w której kilka chipów jest ze sobą połączonych. Ingber i jego współpracownicy wierzą, że łącząc mikroprzepływowe wersje serca, płuc, jelit, nerek i nie tylko, będą mogli lepiej badać, jak organizm przetwarza i reaguje na różne związki.

Jeden z projektów realizowanych z udziałem wykładowcy Wyss, Kevina Kita Parkera, ma na celu przetestowanie leków wziewnych pod kątem negatywnego wpływu na serce — od dawna problem w odkrywaniu leków. Toksyczność serca jest w rzeczywistości największą przyczyną niepowodzenia leków, niezależnie od celu, mówi Ingber.

ukryć