Organy na chipie i rozwijające się badania medyczne

Powszechnie wiadomo, że modele zwierzęce do testowania leków i innych metod leczenia mają kilka poważnych wad. W niektórych przypadkach metody te są nieetyczne i okrutne. Co więcej, badania te nie zawsze są w stanie dokładnie przewidzieć ludzką fizjologię. Wiele z tych badań wiąże się z dużymi kosztami, co oznacza, że ​​niektóre leki mogą nigdy nie przejść do fazy testów.

Naukowcy na całym świecie pracują nad opracowaniem miniaturowych narządów ludzkich, które mogłyby zastąpić testy na zwierzętach i przyspieszyć badania leków. Ich eksperymenty pokazują, że ta wschodząca rodząca się technologia często może przewidywać reakcję organizmu na leki i choroby bez używania żywych osobników. Przemysł farmaceutyczny wyraża zainteresowanie tą obiecującą technologią medyczną, która pomaga napędzać jej innowacyjność.

Organ-on-A-Chip do testowania leków

Organ-on-a-chip to urządzenie stworzone przy użyciu metod produkcji mikrochipów. Zawiera stale perfundowane komory wyłożone żywymi komórkami ludzkimi. Rozmiar niewielkiej pamięci komputerowej, urządzenie to naśladuje biologię i funkcje prawdziwych narządów i stanowi ulepszenie istniejących obecnie systemów (takich jak żywe komórki hodowane na szalce Petriego).

Naukowcy opracowali już różne narządy: na płucach, sercu, jelicie i wątrobie. Na przykład płuco-na-czipie zawiera zarówno komórki płucne, jak i kapilarne, z jedną stroną wystawioną na działanie krwi, a drugą na powietrze. Zapewnia to naukowcom wgląd w część płuc, w której zachodzi wymiana gazowa. Jest to obszar, w którym często występują problemy płucne, takie jak infekcje i nowotwory. Lung-on-a-chip jest elastyczny, więc rozciąga się i kurczy jak ludzkie płuco - odzwierciedlając funkcję żywego narządu.

Technologia Organs-on-chips pochodzi z laboratoriów Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering na Uniwersytecie Harvarda. Niektóre firmy komercyjne produkują obecnie chipy, które replikują także chore organy. Inni koncentrują się na sposobie, w jaki narkotyki - zarówno już zatwierdzone, jak i nowo opracowane - zachowują się w tych urządzeniach w porównaniu do ludzkiego ciała. Ponieważ firmy farmaceutyczne zgadzają się co do tego, że inwestowanie w technologię chipową jest godnym celem, dalsze inwestycje i późniejsze udoskonalenia sprawią, że organy na żetonach będą jeszcze bardziej przydatne w przyszłości.

W ubiegłym roku firma Emulate, Inc. ogłosiła współpracę badawczą z Johnson & Johnson i Instytutem Wyss w celu oceny platformy zakrzepicy na chipie, którą można potencjalnie wykorzystać do testowania leków, o których wiadomo, że powodują zakrzepy krwi. Chip przedstawia różne czynniki, które mogą przyczynić się do powstania zakrzepu krwi. Jeśli się powiedzie, ta technologia może być stosowana w klinicznych próbach leków w celu zminimalizowania ryzyka spowodowanego przez niektóre leki - takie jak leki immunoterapeutyczne i leki onkologiczne - znane z możliwych skutków ubocznych związanych z krzepnięciem krwi.

Niedawne postępy w rozwoju podstawowych narządów z komórek macierzystych mogą również wspierać technologię narządu na chipie. Eksperymenty pokazują, że ludzkie komórki macierzyste można zaprogramować do wytwarzania różnych typów tkanek. Chociaż zajmie to trochę czasu, zanim technika ta może zostać wykorzystana do rozwoju spersonalizowanych narządów u pacjentów po przeszczepach, może być już stosowana do wzrostu tkanki ludzkiej w modelach narządu na chipie.

Czy wkrótce pojawi się Human-On-A-Chip?

Naukowcy z Instytutu Wyss pracują teraz nad ambitnym projektem: szukają połączenia różnych organów na chipach, aby stworzyć replikę całego ludzkiego ciała. To może pomóc w próbach lekowych w niezrównany sposób.Wiele "osobników" in vitro mogło być przetestowanych i przeanalizowanych pod kątem odpowiedzi na określony lek w krótkim czasie.

Homo chippiens, jak model został nazwany humorystycznie, został również zbadany przez Amerykańską Agencję Ochrony Środowiska jako alternatywny model do badania skutków toksyn środowiskowych, takich jak wpływ dioksyn i Bisfenolu A (BPA) na ludzką wątrobę.

W tej chwili prawie każdy nowy lek musi przejść długą próbę kliniczną, a także zostać przetestowany na ludziach zanim trafi na rynek. Rozwój miniaturowych narządów ludzkich może skrócić proces rozwoju poprzez pominięcie części protokołu próbnego nowego leku. Niektórzy eksperci ostrzegają jednak, że chipy nie są w stanie uchwycić pełnej złożoności ludzkiego narządu i że ta technologia ma ograniczenia, którymi trzeba się zająć, zanim staną się one użytecznymi prawdziwymi alternatywami dla prawdziwych narządów.