Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • TechWeek
  • Биомолтекст2020
  • vsh25

«Сердце-на-чипе» облегчит разработку лекарств


Поверхность «сердца-на-чипе» покрыта тканью, сформированной человеческими кардиомиоцитами,
полученными из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.
В будущем эта система сможет заменить животные модели
при разработке лекарственных препаратов.

Исследователи университета Калифорнии в Беркли, работающие под руководством профессора Кевина Хили (Kevin Healy), разработали так называемое «сердце-на чипе». Устройство представляет собой чип длиной примерно 2,5 см, на поверхности которого пульсирует система кардиомиоцитов, представляющая собой эффективную модель ткани человеческого сердца, пригодную для скрининга лекарственных препаратов и изучения их токсичности.

Авторы отмечают высокую степень неудач при использовании животных моделей для прогнозирования реакции сердечной мышцы человека на экспериментальные препараты. Основной причиной этого являются фундаментальные отличия в биологии видов. Например, человек и представители других видов значительно отличаются по количеству и структурным параметрам ионных каналов, по которым перемещаются испускаемые клетками сердца электрические импульсы. Эти каналы являются мишенями многих препаратов для лечения заболеваний сердца, поэтому межвидовые отличия часто приводят к тому, что неэффективные дорогостоящие эксперименты не обеспечивают получения достоверных данных о токсичности препарата для человека.

Эту проблему можно решить с помощью разработанной авторами модели, для создания которой использовались человеческие индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПСК). Полученные из них кардиомиоциты высевали на специальным образом сформированную поверхность чипа, трехмерная структура которой отражает геометрию и взаимное расположение соединительных волокон в ткани сердца человека. Благодаря этой особой структуре клетки располагались параллельно друг другу и формировали многослойную культуру.

В качестве поддерживающих жизнеспособность сердечной мышцы кровеносных сосудов выступали расположенные по обе стороны от покрытой клетками зоны микрожидкостные каналы, обеспечивающие доставку питательных веществ и тестируемых препаратов. В будущем эти каналы можно будет использовать для мониторинга выведения из клеток продуктов жизнедеятельности.


Такие пластинки используются для создания систем типа «орган-на-чипе».

В течение 24 часов после размещения на поверхности чипа кардиомиоциты начинали самостоятельно сокращаться с частотой 55-80 сокращений в минуту, что соответствует частоте сердечного ритма здорового взрослого человека.

Для проверки эффективности системы исследователи использовали ее для мониторинга реакции клеток на четыре хорошо известных препарата для лечения болезней сердца: изопротеренол, E-4031, верапамил и метопролол. Для оценки реакции на воздействие препаратов использовали изменения частоты ритма сокращений.

Полученные результаты хорошо прогнозировались на основании известных данных о действии препаратов. Например, продолжавшееся 30 минут воздействие изопротеренола, применяемого для лечения брадикардии (замедления сердечного ритма), увеличивало частоту ритма с 55 до 124 сокращений в минуту.

Видеоролик демонстрирует человеческую сердечную мышцу, выращенную из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, до и после воздействия изопротеренола. Спустя 30 минут после воздействия препарата частота сокращений кардиомиоцитов возрастает – это видно даже без измерений.

Разработчики отмечают, что созданное ими «сердце-на-чипе» можно адаптировать для изучения различных генетических заболеваний человека и персонализированного скрининга реакций на препараты. Они также изучают возможность применения системы для моделирования мультиорганных взаимодействий (см. статью «Гомункулус отрастит сердце» о далеко не первом мультиорганном «человеке на чипе», в данном случае – российского производства).

Статья Anurag Mathur et al. Human iPSC-based Cardiac Microphysiological System For Drug Screening Applications опубликована в журнале Scientific Reports.

Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам University of California – Berkeley:
Bioengineers put human hearts on a chip to aid drug screening.

12.03.2015

назад

Читать также:

Ловушка для иПСК

Микрожидкостной чип для разделения смеси разных типов клеток, основанный на легко различимых отличиях в их адгезионных свойствах, позволяет значительно увеличить количество стволовых клеток, получаемых методом перепрограммирования.

читать

Организм-на-чипе заменит животные модели

Новый мультиорганный чип, с удивительной точностью воспроизводящий сложные метаболические процессы человеческого организма, избавит сферу биомедицинских исследований от необходимости проведения экспериментов на животных.

читать

Тенденции развития медицины

Наиболее многообещающими трендами в медицине специалисты НИУ ВШЭ считают использование аптамеров РНК для направленной доставки лекарств, имплантируемые микрочипы для контроля лечения хронических заболеваний и «карманные» биосенсоры для диагностики ОРВИ.

читать

Микрочип для дифференциальной диагностики диабета

Портативное устройство на основе биочипа позволит удешевить и ускорить дифференциальную диагностику типа сахарного диабета, а также изучить процессы, лежащие в основе его развития.

читать

Контрацептив с дистанционным управлением

Специалисты компании MicroCHIPS разработали идеальный контрацептив – вживляемый под кожу биочип, эффективный в течение 16 лет и активируемый/инактивируемый по желанию женщины.

читать

Костный мозг на чипе

Новая биоинженерная разработка воспроизводит структуру, функции и клеточный состав костного мозга, что позволит изучать влияние препаратов, токсичных соединений и радиоактивного излучения на костный мозг без использования животных.

читать