Устройство для трёхмерного роста клеток
Исследователям сложно воспроизвести взаимодействие раковых и других клеток в лабораторных условиях. Обычно биологи культивируют один тип клеток в пластиковых планшетах, что не отражает динамических взаимодействий в живых организмах.
Стартап AIM Biotech, выделившийся из MIT, разработал микрофлюидное устройство, позволяющее совместно культивировать несколько типов клеток в 3-D среде гидрогеля, имитирующей натуральную ткань.
Устройство помогает лучше изучать биологические процессы, такие как метастазирование рака, и точнее оценивать реакцию раковых клеток на химиотерапию.
«Если вы хотите реалистичные модели этих процессов, вам нужна трёхмерная матрица с несколькими типами клеток… чтобы увидеть межклеточный контакт и сигнализацию», — говорит сооснователь AIM Biotech Роджер Камм. — «Ни один из этих процессов нельзя реалистично воспроизвести современными методами культивирования клеток».
Конструкция устройства
Коммерческое устройство — это пластиковый чип с тремя камерами:
- Центральная камера — для гидрогеля и любого типа клеток (например, раковых или эндотелиальных).
- Две боковые камеры — для культивирования дополнительных типов клеток.
Камера с гидрогелем имеет отверстия по бокам, чтобы клетки могли взаимодействовать, как в организме. Затем можно добавлять противораковые препараты для наблюдения за реакцией клеток.
Лабораторные версии устройства уже использовались в более чем 40 научных публикациях для изучения рака, стволовых клеток, нейробиологии и кровеносной системы. В этом месяце AIM Biotech начинает поставки коммерческих устройств 47 исследовательским группам в 13 странах.
Ключевое преимущество: устройство можно помещать прямо под микроскоп, как традиционный планшет, для получения высококачественных изображений. Всё происходит в пределах 200 микрон от покровного стекла, что позволяет получать высокоразрешающие изображения и видео в реальном времени.
От лаборатории к рынку
Прототип был создан в лаборатории Камма в MIT в 2005 году для изучения ангиогенеза. Проблема заключалась в растекании гидрогеля в боковые каналы до затвердевания.
Решение: камеру для гидрогеля обнесли микроскопическими столбиками. Поверхностное натяжение удерживает гидрогель от протекания в боковые каналы, но позволяет клеткам проникать внутрь.
Устройство использовалось в ключевых исследованиях:
- 2011 год: обнаружено, что клетки рака груди могут отрываться от опухолей и перемещаться против тока жидкости в ткани.
- 2012 год: установлено, что макрофаги (тип белых кровяных клеток) играют ключевую роль в помощи опухолевым клеткам прорываться сквозь стенки сосудов.
- 2013 год: получены высококачественные видео того, как клетки просачиваются через микроскопические отверстия в эндотелиальных стенках.
Рост интереса к устройству со стороны исследователей по всему миру привёл к созданию компании AIM Biotech в Сингапуре в 2012 году.
Борьба с раком
Основное применение устройства — изучение метастазирования рака для разработки более эффективных методов лечения.
Устройство создаёт микроокружение, аналогичное процессу в организме: эндотелиальные клетки в боковых каналах или центральном геле формируют 3-D сеть сосудов в гидрогеле. Опухолевые клетки могут быть введены и естественным образом застревать в сосудах.
Эта среда полезна для тестирования:
- Противораковых препаратов.
- Антиангиогенных соединений, которые блокируют развитие кровеносных сосудов, лишая опухоль питания.
В будущем AIM Biotech может предлагать фармацевтическим компаниям услуги по более точному скринингу препаратов. Исследование, опубликованное в Integrative Biology, показало, что эффективные дозы некоторых тестируемых препаратов, предотвращающих распад опухоли, оказались на два порядка выше, чем предсказывали традиционные 2-D анализы.
«Невозможно эффективно предсказать по 2-D анализам эффективность конкретного препарата», — отмечает Камм.
Устройство может использоваться для отбора наиболее перспективных кандидатов из сотен потенциальных препаратов для дальнейших испытаний в более реалистичных условиях.