Изобретението се превръща в инвитро алтернатива за оценка не само за безопасност, но и за ефикасност на медикаментите
Създаването на лекарства, които са не само безопасни за човека, но и ефективно лекуват болестите, е сложен и бавен процес, който отнема десетилетия и изисква инвестиции от милиарди долари.
Успехът често пъти не е гарантиран. За да се допусне един медикамент до масовия потребител, той трябва да премине през множество тестове, които се провеждат първо върху животни, а след това върху избрана група доброволци.
Животинският организъм обаче се различава съществено от човешката физиология, което означава, че лекарствата, които изглеждат безопасни и ефективни при животните, често се оказват вредни и неефективни при хората и обратното.
Това разминаване при експериментите води до преминаването на множество токсични лекарства през скъпи клинични изпитания и накрая се установява, че те са вредни и безполезни.
Нова технология има потенциала да замести животинските опити и да направи изработването на лекарствата по-евтино и по-ефективно. Тази иновация във фармакологията са триизмерните (3D) инвитро (in vitro) модели. Те представляват платформи от орган върху чип.
Изобретението позволява на изследователите да възпроизвеждат функциите на тъкани и органи, като по този начин преодоляват разликата между животинските и човешките системи. Така то се превръща в инвитро алтернатива за оценка не само на безопасността, но и на ефикасността на лекарствата.
Технологията “орган върху чип”, наричана още тъканни чипове, съдържа изкуствени или естествени частици от тъкани, взети от различни органи, които се отглеждат в миниатюрни течни канали, оформени в стъкло, силикон или полимер. Тънките като косъм микроканали насочват малки обеми разтвор, за да създадат среда, която пресъздава една или повече специфични за биологията на човека функции. Въпреки че са по-прости от нашия организъм, те са
ефективни имитации на физиологията ни
Органите върху чипове не само имитират кръвния поток в тялото, но имат и микрокамери, които позволяват на изследователите да интегрират множество видове клетки, за да възпроизвеждат разнообразните процеси в даден орган.
“Основната задача на органа върху чип е да пресъздаде клетъчната микросреда”, казва Лорна Еварт, научен директор на Emulate, компания за науки за живота в Бостън. Фирмата е разработила набор от модели на тъканни чипове.
“Ако го направим правилно, клетките, които използваме, намират това, което наричаме “дом далеч от дома”. С други думи, тяхната функционалност е подобна на това, което биха правили, ако все още бяха в тялото”, пояснява Еварт.
Emulate е създадена през 2014 г. от група експерти от Института за биологично инженерство към Харвардския университет за по-нататъшно развитие и разпространение на технологията “орган върху чип”. Тъканните чипове на Emulate се ползват в повече от 150 лаборатории, включително 17 от 25-те най-добри глобални биофармацевтични компании за изследване на безопасността на терапиите и ваксините срещу COVID-19. Били са и част от експерименти в Космоса.
Чрез многобройни сътрудничества с компании като AstraZeneca и Johnson & Johnson органните чипове се използват за идентифициране на
специфични токсичности,
което позволява по-точни прогнози за ефектите на лекарствата върху хората.
Когато приложим тази миниатюризация в биологията, получаваме нещо, наречено микрофлуидика. Често скрита от погледа, тя е в основата на различни устройства, които са от съществено значение за живота ни - от домашните тестове за бременност през принтерите до глюкомерите за наблюдение на диабета.
Освен че увеличават скоростта и точността на тестовете за лекарства, органите върху чипове предлагат възможности за промяна на правилата. Те може да бъдат вградени в определено заболяване - например рак или астма, и да предоставят на изследователите рентабилна минилаборатория за въвеждане на имунни клетки или лекарства и наблюдение на реакциите в реално време.
Възможно е да се отгледат отделни чипове на човешко, краве и насекомно черво и след това да се сравни как храносмилателната система на всеки вид реагира на пестицид - досега в експеримента се използваха истински животни.
По-нататък по пътя са моделите “ти на чип”, съдържащи стволови клетки, които са ключов компонент в т.нар. персонализирана медицина, с този вид технология може да се изследва влиянието на лечебните вещества върху клетките на частно лице и “цял човек на чип”, свързващ всеки орган заедно, за да се изследват цялостните взаимодействия между клетките и тъканите, без да се експериментира върху доброволци.
В последните години изследователите разработиха модели за различни органи върху чип: бъбрек, бял дроб и кожа.
Пушенето на цигари е основната причина за клинични обостряния при пациенти с астма и хронична обструктивна белодробна болест. Учени от компанията Benam et al направиха чип, който вдишва и издишва дим, за да изследват въздействието на пушенето върху белите дробове. Резултати, получени чрез модела на бял дроб върху чип, са близки до тези от експерименти с животни.
Въпреки големия потенциал на тъканните чипове те все още имат недостатъци. Една инвитро система за моделиране на органи трябва да възпроизвежда пълния структурен и функционален механизъм на определен орган. Нито една от разработените досега системи
не може да възпроизведе цялата физиология на даден орган,
което подтиква към търсене на по-информативни системи.
Тъй като човешкото тяло е сложна система с много сложни структурни и функционални механизми, не е лесно да се възпроизведе в инвитро среда, да се наблюдава процесът и да се анализират данните. Въпреки това досегашните изследвания и разработки показват, че скоро на пазара ще се появи напълно утвърдена и надеждна система.
