Инновация in vitro: тестирование наномедицины с клетками крови на микрочипе

Разработка наномедицины для борьбы с болезнями — это активно развивающаяся область, в основном для лечения рака, но очень мало известно в контексте атеросклеротических заболеваний. Учёные создали микрочип, покрытый клетками кровеносных сосудов, чтобы больше узнать об условиях, при которых наночастицы накапливаются в заполненных бляшками артериях пациентов с атеросклерозом — основной причиной инфаркта миокарда и инсульта.

В исследовании микрочипы были покрыты тонким слоем эндотелиальных клеток, которые выстилают внутреннюю поверхность сосудов. В здоровых сосудах эти клетки служат барьером, не пропускающим чужеродные объекты в кровоток. Но в местах, склонных к атеросклерозу, эндотелиальный барьер разрушается, позволяя веществам проникать в артерии и выходить из них.

В новом исследовании наночастицы смогли преодолеть слой эндотелиальных клеток на микрочипе в условиях, имитирующих повышенную проницаемость при атеросклерозе. Результаты на микрофлюидном устройстве хорошо коррелировали с накоплением наночастиц в артериях животной модели с атеросклерозом, демонстрируя способность устройства помогать в скрининге наночастиц и оптимизации их дизайна.

«Это простая модель — микрочип, а не чашка для культивирования клеток, — что означает, что простой эндотелизированный микрочип с микроэлектродами может дать важное предсказание того, что происходит в крупной животной модели», — сказал ЙонгТэ (Тони) Ким, доцент биоинженерии.

Исследование было опубликовано в январе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Работа представляет собой междисциплинарное сотрудничество исследователей в рамках Программы передового опыта в нанотехнологиях, финансируемой Национальным институтом сердца, лёгких и крови Национальных институтов здоровья (NIH).

Исследователи надеются, что их микрочип может ускорить процесс разработки наномедицины, лучше предсказывая эффективность терапевтических наночастиц в крупных животных моделях, например, кроликах. Такая дополнительная модель in vitro сэкономит время, деньги и потребует меньше животных.

Весь процесс разработки одной платформы наномедицины может занять 15 лет — от идеи до синтеза, тестирования in vitro, тестирования in vivo и одобрения. «Часто то, что работает в чашках для культивирования клеток, не работает на животных моделях», — отметил Ким.

Чтобы ускорить исследования, улучшив прогностические возможности тестов in vitro, Ким и коллеги разработали микрочип, который лучше имитирует процессы в организме, чем обычное культивирование клеток.

На микрочипе учёные могут контролировать проницаемость эндотелиального слоя, изменяя скорость кровотока или вводя химическое вещество, выделяемое организмом при воспалении. Они обнаружили, что проницаемость клеток на микрочипе хорошо коррелирует с проницаемостью микрососудов в крупной животной модели атеросклероза.

Ким подчеркнул, что хотя эта система на основе микрочипа предлагает лучшую прогнозируемость, чем текущие эксперименты с культурами клеток, она не заменит необходимость исследований на животных, которые дают более полную картину.

«Это лучше, чем эксперимент in vitro в чашке, но в ближайшем будущем он не сможет идеально воспроизвести то, что происходит внутри тела. Это поможет ускорить весь процесс и сэкономит количество животных», — заключил Ким.