Будущее рядом: сборка человеческих «органов-на-чипе»

Партнер проекта

Гарвардский институт Висс и компании AstraZeneca объявили о начале сотрудничества в деле создания «органов-на-чипах». Их цель — создать более точные устройства для прогнозирования безопасности лекарственных средств на организм человека.

«Органы-на-чипах» - это искусственно созданные биомиметические системы, микробиореакторы, построенные из микрожидкостных каналов и живых человеческих клеток. Такая конструкция копирует ключевые функциональные единицы систем живых организмов и воспроизводит физиологические процессы органа in vitro (в пробирке).

AstraZeneca давно известна разработками в сфере биофармацевтического бизнеса. Компания является одной из крупнейших в мире, она работает в более ста странах мира. Она, прежде всего, сфокусирована на разработке и коммерциализации лекарств для лечения онкологии, инфекций и неврологии. В сферу ее интереса также входят сердечно-сосудистые, метаболические и дыхательные заболевания.

Сотрудничество с AstraZeneca поможет институту разработать органы «животные-на-чипах». Затем они будут проверены вместе с человеческими модели для понимания, как препарат может повлиять на пациентов. Ученые считают, что тестирование потенциальных лекарств на животных является необходимым шагом на пути к развитию концепции «органы-на-чипах».

Подобные микроустройства используются для проверки эффективности и токсичности лекарственных препаратов и различных химических веществ, а также для создания в пробирке моделей развития заболеваний человека. Учитывая законы Европейского Союза, запрещающие тесты на животных, «органы-на-чипах» являются недорогой альтернативой в фармацевтических, химических разработках и исследованиях окружающей среды.

Работа коллектива авторов, опубликованная в Nature, описывает устройство и применения таких «органов-на-чипах». Сначала изготавливается многослойный микрожидкостный прибор, который состоит из двух параллельных эластомерных микроканалов-трубок, разделенных тонкой и гибкой пористой мембраной.

Например, чтобы создать дышащее легкое на чипе, которое имитировало бы механику альеолярно-капиллярной структуры легкого живого человека, клетки альвеолярного эпителия человека и микроваскулярные клетки эндотелия культивируются (выращиваются) в этом приборе, а вакуумные камеры-насосы на концах трубок создают физиологический поток жидкости и создают ритмические движения, аналогичные дыхательным. Этот принцип используется и при создании моделей других органов человеческого тела.

В России созданием «человека-на-чипе» занимается российская компания Научно-технический центр «БиоКлиникум», входящий в европейский консорциум AXLR8. Как рассказал ее директор, выпускник химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, к.б.н. Дмитрий Сахаров, основа микробиореактора – это живые эукариотические клетки, на которых тестируют действие веществ. Российский вариант технологии «человек-на-чипе» называется «Гомункулус». Разработки стали возможны в первую очередь благодаря сочетанию в одном коллективе молодых талантливых математиков, физиков, химиков и инженеров. БиоКлиникум работает над моделями кишечника, печени, кожи и мозга.

Микробиореактор позволяет осуществлять длительное сокультивирование клеточных культур (моделей органов и тканей) с тонким мониторингом их состояния, которое дает возможность проводить тестирование веществ различного назначения для выявления их возможного действия на организм человека.

При создании чипа исследователи по сути уменьшили организм человека в 100 000 раз, пропорционально снизив скорость циркуляции жидкости, чтобы остаться в рамках нормальной физиологии. Даже насос на чипе сконструирован таким образом, чтобы создавать небольшое сжатие-растяжение клеток, как это происходит при пульсировании крови от сердечных сокращений

«Мы планируем на основе биопсии опухоли пациента и дальнейшем культивировании выделенных раковых клеток в микробиореакторе помогать в подборе индивидуального лечения, так называемая концепция ex vivo подбора терапии. Для «Гомункулуса» параллельной задачей будет оставаться скрининг новых фармацевтических препаратов, поиск лекарств-кандидатов, оценка их безопасности и эффективности на клеточных моделях органов и тканей человека», - поделился планами Дмитрий Сахаров.