Lepszy test toksyczności leków

Nowa metoda wykrywania niewielkich zmian w strukturze komórek wątroby, oparta na sposobie rozpraszania światła, mogłaby zapewnić szybszy i skuteczniejszy sposób badania toksyczności leków i szkodliwego wpływu zanieczyszczeń środowiskowych.

Komórki wątroby szczura umieszczone na porowatym chipie krzemowym zapalają się (b), gdy umierają z powodu toksycznej dawki acetaminofenu (Tylenol). (Dzięki uprzejmości Sary Alvarez, Austina Derfusa i Michaela Schwartza, UCSD.)

Toksyczność wątroby jest najczęstszą przyczyną wycofywania leków przez producentów i odmowy zatwierdzenia nowych leków przez Urząd ds. Żywności i Leków. Rzeczywiście, jedna trzecia wszystkich leków nie przechodzi prób klinicznych z powodu takiej toksyczności. Co więcej, obecne testy toksyczności in vitro są żmudne i skomplikowane, ponieważ naukowcy muszą okresowo przyglądać się komórkom pod mikroskopem lub genetycznie wprowadzać do nich barwnik fluorescencyjny. Co więcej, w istniejących testach często wykorzystuje się substancje chemiczne, które zabijają komórki, dlatego badacze muszą w trakcie badania używać wielu różnych kultur komórkowych, co wpływa na wynik.

Nowe urządzenie zostało opracowane przez Michael Sailor , profesor na wydziale chemii i biochemii na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego oraz Sangeeta Bhatia, profesor nadzwyczajny na wydziale nauk o zdrowiu i technologii oraz na wydziale elektrotechniki i informatyki na MIT. Składa się z porowaty krzem chip, na którym komórki mogą żyć przez wiele dni, oraz niedrogi detektor naładowanych urządzeń, taki jak te, które można znaleźć w aparatach cyfrowych. Może stale monitorować żywe komórki i wskazywać, wcześniej niż obecne testy, czy związek szkodzi komórkom, na podstawie tego, ile światła odbijają ( papier streszczenie ).

Naukowcy tworzą porowate podłoże, umieszczając chipy krzemowe w kwasie fluorowodorowym i przepuszczając przez roztwór prąd elektryczny. Tworzy to na powierzchni cylindryczne studnie o średnicy kilkuset nanometrów. Maleńkie zagłębienia sprawiają, że porowaty krzem odbija światło z dużą częstotliwością, co jest dobrze znaną właściwością niespotykaną w zwykłym krzemie. Naukowcy mogą zaprojektować pory, aby kontrolować częstotliwość.

Następnie naukowcy przykrywają chip styropianem, aby uzyskać powierzchnię podobną do szalki Petriego. Gdy komórki są umieszczone na powierzchni, rozpraszają odbite światło, zmniejszając natężenie światła padającego na detektor. Gdy komórki więdną lub umierają, zmienia się ich struktura, co zwiększa natężenie światła w detektorze. Komórki zapalają się jak małe latarnie morskie, kiedy umierają, mówi Sailor.

W laboratorium naukowcy umieścili komórki wątroby szczura na chipie i potraktowali je toksycznymi dawkami kadmu i przeciwbólowego paracetamolu. Odkryli, że czujnik wykrył zmiany w komórkach co najmniej dwie godziny przed konwencjonalnymi testami. Planują wkrótce przetestować urządzenie z komórkami ludzkiej wątroby.

Inni są pod wrażeniem tego, jak wcześnie urządzenie wykrywa toksyczność w komórkach. Erkki Ruoslahti, który bada biologię komórkową i raka w Burnham Institute for Medical Research w La Jolla w Kalifornii, mówi, że kiedy niektóre tradycyjne sposoby nie dałyby jeszcze wyników, ta metoda już wykazuje działanie toksyczne. Może to dać szybką, wysokowydajną odpowiedź w krótszym czasie i przy znacznie mniejszym wysiłku.

Sailor mówi, że prosta technika może zaoszczędzić czas i pieniądze firmom farmaceutycznym, ponieważ mogą one wyeliminować toksyczne związki na wczesnym etapie procesu testowania leków. To narzędzie przyspieszające proces odkrywania leków, mówi, dodając, że wzmocniłoby to obecne testy komórkowe.

Obecnie naukowcy badają nowe leki przed próbami na ludziach za pomocą testów in vitro na komórkach wątroby szczura. W tych testach wprowadzają lek do komórek wątroby hodowanych na szalkach Petriego umieszczonych w inkubatorach. W regularnych odstępach czasu muszą analizować komórki pod mikroskopem, aby dowiedzieć się, ile komórek jest martwych. Aby to zrobić, muszą dodać substancje chemiczne, które modyfikują lub zabijają pozostałe komórki. Co więcej, każdy eksperyment wymaga setek szalek Petriego i kultur komórkowych, co zwiększa koszty. Wolisz dokonywać pomiarów w czasie rzeczywistym i zamiast wyciągać talerz co pół godziny, mieć coś monitorującego komórki w inkubatorze, mówi Sailor.

Jonathan Dordick, profesor na wydziale inżynierii chemicznej i biologicznej w Rennselaer Polytechnic Institute, mówi, że dużą zaletą tej techniki jest możliwość monitorowania stopniowego wpływu toksyny na komórki. Jest to przydatne, ponieważ wiele związków nie jest od razu toksycznych, mówi. Sugeruje, że pozwala w prosty sposób śledzić stan zdrowia tej samej grupy komórek w czasie, nie zmieniając ich ani nie zabijając.

Co więcej, Sailor mówi, że nowe urządzenie może pozwolić na wiele eksperymentów jednocześnie. Układ scalony z krzemu porowatego wielkości ćwiartki może zawierać do 10 000 różnych miejsc testowych, z których każde ma odbijać światło z określoną częstotliwością. Można wtedy umieścić w tych miejscach małe pęczki komórek i przetestować toksyczne działanie różnych stężeń toksyn lub kombinacji leków.

Zespół ma umowę badawczą z Hitachi Chemical Research Centre w Irvine w Kalifornii, która podejmie próbę komercjalizacji technologii.

ukryć