Tak zwane systemy typu „serce na czipie” mogą umożliwić naukowcom dokładniejszą ocenę bezpieczeństwa i skuteczności nowych leków niż w przypadku testów na zwierzętach.
Serce jest niemal powszechnym symbolem miłości i jednym z najważniejszych organów. Teraz, aby lepiej zrozumieć wewnętrzne działanie serca, naukowcy odtworzyli biologię tego narządu w urządzeniu wielkości karty kredytowej. Nowe urządzenie „serce na czipie” (ang. heart-on-chip), opracowane przez zespół z Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST), naśladuje interakcje komórek w ludzkim sercu. Naukowcy twierdzą, że tę technologię można wykorzystać do badania chorób serca, które są główną przyczyną zgonów w USA.
Tradycyjne eksperymenty na zwierzętach – w których zazwyczaj wykorzystuje się między innymi szczury laboratoryjne i małpy – nie oddają doskonale sposobu postępu choroby ani zachowania się leku w organizmie człowieka. Z tego powodu naukowcy pracują nad opracowaniem dokładniejszych sposobów naśladowania złożoności i zawiłości ludzkich narządów w laboratorium. Dokładność ta jest szczególnie ważna przy opracowywaniu leków, ponieważ obecnie 90% potencjalnych leków nie przechodzi badań klinicznych na ludziach.
Nowe, opracowywane modele przypominające człowieka obejmują organoidy, czyli miniaturowe narządy wyhodowane z komórek macierzystych, oraz modele narządów na czipie, w których komórki znajdujące się w określonych tkankach są hodowane na czipie naśladującym warunki fizjologiczne organizmu – narząd w organizmie. W takich cipach wymodelowano wiele narządów, w tym płuca, nerki i pochwę.
Naukowcy opracowali modele typu „serce na czipie” w szczególności do badania sposobu gojenia się serca po urazach i chorobach serca, a także do wspomagania podczas opracowywania nowych leków. Serca na czipie wysłano nawet w przestrzeń kosmiczną, aby zbadać wpływ mikrograwitacji na serce.
W oświadczeniu opublikowanym 6 lutego 2024 roku zespół NIST stwierdził, że tego rodzaju technologia, w tym nowy model typu „serce na czipie”, może usprawnić proces opracowywania leków, czyniąc go szybszym, bezpieczniejszym i bardziej precyzyjnym. Co ważne, modele te nie zastąpią badań klinicznych na ludziach – miejmy nadzieję, że przynajmniej ograniczą lub zastąpią badania na zwierzętach wymagane przed rozpoczęciem badań na ludziach.
„Zastosowanie tego systemu można rozważyć w bioprodukcji i medycynie regeneracyjnej serca i innych narządów na czipach” – powiedział serwisowi Live Science Darwin Reyes, inżynier biomedyczny w NIST, który kierował rozwojem nowego czipa.
Przeczytaj również: Fotoniczny czip półprzewodnikowy ma utorować drogę dla 6G
Czipy te mają zazwyczaj przezroczyste lub półprzezroczyste osłony, a zaglądając do środka, badacze mogą zobaczyć płyny przepływające przez maleńkie kanały, które łączą się niczym strumienie wody. W przypadku czipa od NIST kanały te imitują naczynia krwionośne w sercu. Naukowcy hodują w tych kanałach ludzkie komórki serca i mogą badać, jak komórki reagują na dodanie do organizmu różnych leków.
W przeciwieństwie do istniejących modeli typu „serce na czipie”, komórki w nowym modelu NIST można ułożyć po przeciwnych stronach porowatej membrany, co oznacza, że mogą komunikować się ze sobą za pośrednictwem cząsteczek sygnalizacyjnych. Następnym krokiem dla zespołu jest ocena, jak te komórki serca zachowują się w normalnych i wywołanych stresem warunkach.
Można także łączyć ze sobą czipy różnych narządów – na przykład czip wątroby można połączyć z czipem serca, co mogłoby umożliwić naukowcom zbadanie, w jaki sposób te dwa narządy oddziałują na siebie po ekspozycji na określony lek.
W niedawnym przeglądzie tych technologii, opublikowanym 6 lutego 2024 roku w czasopiśmie Lab on a Chip, Reyes i jego współpracownik podkreślili, że konieczna jest „znaczna praca”, zanim modele narządów na czipie będą mogły zostać wykorzystane w przedklinicznych testach leków. Na przykład komórki serca stosowane w tych urządzeniach są hodowane z komórek macierzystych i często nie są w pełni dojrzałe. Zamiast więc przypominać komórki dorosłe, przypominają komórki występujące u rozwijającego się płodu.
Niektóre materiały stosowane w modelach typu „serce na czipie” również wymagają udoskonalenia. Na przykład polidimetylosiloksan jest polimerem powszechnie stosowanym do produkcji czipów, ale jest „stosunkowo drogi” i łatwo absorbuje małe cząsteczki. Ta łatwa absorpcja może wypaczać wyniki testów leków przeprowadzanych przez naukowców i sprawiać, że będą myśleć, że dana substancja wywołuje określony efekt lub nie wykazuje oznak toksyczności, jeśli tak nie jest.
Zespół stwierdza jednaj, że w miarę dalszego udoskonalania modeli narządów na czipie może spowodować „zmianę paradygmatu” w sposobie opracowywania i testowania nowych leków. Potencjał tych urządzeń dostrzegła w zeszłym roku Agencja ds. Żywności i Leków, gdy wydano orzeczenie, że mogą one zastąpić tradycyjne badania na zwierzętach, pod warunkiem że generowane przez nie dane będą wystarczająco dokłądne.
➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!
źródło: Live Science, Emily Cooke
Od 2005 roku zajmuję się komunikacją internetową i e-marketingiem, jestem pasjonatem urządzeń mobilnych oraz nowych technologii – i nie waham się ich używać.