«Органы-на-чипе» для оценки лекарств

Инженеры MIT разработали технологию для оценки новых лекарств и выявления побочных эффектов до испытаний на людях. Используя микрофлюидную платформу, соединяющую до 10 инженерных тканей, исследователи могут точно воспроизводить взаимодействия человеческих органов в течение нескольких недель, измеряя воздействие препаратов на разные части тела.

Такая система может показать, например, будет ли лекарство, предназначенное для лечения одного органа, оказывать неблагоприятное воздействие на другой.

«Некоторые из этих эффектов действительно трудно предсказать на животных моделях, потому что ситуации, которые к ним приводят, идиосинкразичны», — говорит Линда Гриффит, профессор биологической и механической инженерии и один из старших авторов исследования. — «С нашим чипом вы можете распределить лекарство, а затем наблюдать за эффектами на других тканях, измерять экспозицию и то, как оно метаболизируется».

Эти чипы также можно использовать для оценки антител и других иммунотерапий, которые сложно полноценно тестировать на животных, поскольку они предназначены для взаимодействия с человеческой иммунной системой.

Старшими авторами статьи в журнале Scientific Reports также являются профессор механической инженерии MIT Дэвид Трампер и научный сотрудник отдела биологической инженерии Мурат Сирит. Ведущие авторы — бывшие постдоки MIT Коллин Эдингтон и Вен Ли Келли Чен.

Моделирование органов

Доклинические испытания на животных могут не выявить потенциальные побочные эффекты, а препараты, работающие на животных, часто не проходят испытания на людях.

«Животные не представляют людей во всех аспектах, необходимых для разработки лекарств и понимания болезней», — отмечает Гриффит.

В рамках проекта Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) исследователи создали технологию «физиом на чипе». Они разработали открытую систему (без крышки) для легкого манипулирования и взятия проб, адаптировав ранее созданную технологию, коммерциализированную через CN BioInnovations. Система включает встроенные насосы, контролирующие поток жидкости между «органами» и имитирующие циркуляцию крови, иммунных клеток и белков в организме, а также позволяющие оценивать более крупные ткани, например, опухоли.

Сложные взаимодействия

Исследователи создали несколько версий чипа, соединяющих до 10 типов органов: печень, легкие, кишечник, эндометрий, мозг, сердце, поджелудочную железу, почки, кожу и скелетные мышцы. Каждый «орган» состоит из кластеров в 1–2 миллиона клеток. Большинство тканей получены непосредственно из образцов пациентов (первичные клетки), что является более репрезентативной моделью функции органа.

Используя эту систему, исследователи смогли доставить лекарство в желудочно-кишечную ткань (имитация перорального приема) и наблюдать за его транспортом в другие ткани и метаболизмом. Они измерили распределение препаратов, их эффекты на разные ткани и распад. В связанной публикации они смоделировали, как лекарства могут вызывать неожиданный стресс в печени, делая желудочно-кишечный тракт «проницаемым» для бактерий, что приводит к воспалению печени.

Гриффит считает, что наиболее перспективны ближайшие применения технологии для моделирования систем из 2–4 органов. Её лаборатория разрабатывает модель болезни Паркинсона, включающую ткани мозга, печени и ЖКТ, для проверки гипотезы о влиянии кишечных бактерий на развитие этого заболевания. Другие применения включают моделирование метастазирующих опухолей.

«Преимущество нашей платформы в том, что мы можем масштабировать её и использовать множество различных конфигураций», — говорит Гриффит. — «Я думаю, что область переживет переход, когда мы начнём получать больше информации из системы с тремя или четырьмя органами, и это станет рентабельным, потому что получаемая информация будет гораздо ценнее».