Три печени на одном чипе
Анализ сложных биохимических взаимодействий в реальном времени позволяет выбрать из многих молекул те, которые лягут в основу новых препаратов. Группа исследователей из Института Висса Гарвардского университета создала так называемую печень-на-чипе, которая может значительно ускорить процесс тестирования соединений на токсичность для печени, необходимый при разработке лекарств, пищевых продуктов и других потребительских товаров.
Печень-на-чипе содержит два канала, один из которых выстлан живыми клетками органов, а другой – живыми клетками кровеносных сосудов, которые имитируют физиологию целого органа и позволяют изучать различия в реакции печени крысы, собаки и человека на лекарственные соединения. Источник: Wyss Institute.
Новая модель печени воссоздает видоспецифические токсические реакции, которые вызывают известные лекарства и другие соединения в печени человека, собаки и крысы. Полученные данные показывают, что чип может использоваться наряду с животными моделями в доклинических исследованиях для повышения безопасности исследований на людях и улучшения результатов клинических испытаний за счет участия в них более безопасных лекарств.
Исследовательская группа, в которую вошли ученые из AstraZeneca, Emulate, Janssen Research & Development, LLC и Института Висса, разработала видоспецифический чип печени, содержащий одновременно четыре различных типа клеток, взятых из печени крыс, собак и людей, чтобы получить наименьшую функциональную единицу печени. Группа ввела в чип препарат FIAU (фиалуридин). Это печально известное соединение, которое было создано в США для лечения гепатита В и в 1992 году исследовалось на добровольцах. Несмотря на безопасность, подтвержденную в испытаниях на различных животных, FIAU оказался крайне токсичным для людей и привел к тяжелой печеночной недостаточности и смерти трети добровольцев. Воздействие FIAU на чип продемонстрировало высокую токсичность для клеток печени людей и гораздо более низкую – для собак и крыс, воссоздав эффекты, наблюдавшиеся в предыдущих исследованиях. Исследователи оценили реакцию печени-на-чипе на молекулы-кандидаты в лекарства и увидели различия в их влиянии на функцию клеток печени человека и животных, которые повторяют эффекты, наблюдаемые in vivo. Они также протестировали лежащие в основе механизмы действия различных лекарств и смогли получить реакцию, которую было невозможно наблюдать с помощью обычных систем на основе клеток или животных моделей.
От теории к практике
Печень-на-чипе состоит из прозрачного гибкого полимера размером с USB-накопитель с параллельными внутренними каналами, которые выстланы живыми клетками. Пространственное расположение каналов и типов клеток точно воссоздает тканевую микросреду органов человека in vivo и демонстрирует физиологические реакции и нарушения, подобные тем, которые возникают у людей.
Изображение человеческой части печени-на-чипе, на котором виден связанный с множественной лекарственной устойчивостью протеин 2 (multidrug resistance-associated protein 2, MRP2) зеленого цвета и белок-краситель DAPI синего цвета в транспортном потоке гепатоцитов после 14 дней в культуре. Источник: Emulate, Ink.
Лекарства, которые проходят клинические испытания, сначала тестируются на животных, чтобы убедиться в их безопасности перед введением людям. Тестирование на токсичность для печени на крысах и собаках является стандартным для доклинических исследований, но эти тесты могут давать результаты, которые противоречат друг другу. Токсичность для печени человека является одной из основных причин, почему лекарства не проходят клинические испытания.
Исследование с использованием печени-на-чипе демонстрирует возможности этой платформы для обеспечения более быстрого выявления безопасных и эффективных терапевтических средств, неэффективные или токсичные препараты отвергаются на ранних этапах процесса разработки. В результате качество и количество новых лекарств, успешно исследуемых и внедряемых в клинику, могут быть повышены, а результаты лечения пациентов – улучшены.
Микроскопия светлого поля человеческих гепатоцитов в чипе после 7 дней в культуре. Источник: Emulate, Inc.
Печень-на-чипе планируется использовать в качестве прогнозирующей модели, ориентированной на человека, для исследовательской, фармацевтической, биотехнологической и косметической отраслей. Авторы надеются включить в область применения чипа моделирование заболеваний.
Статья K.-J. Jang et al. Reproducing human and cross-species drug toxicities using a Liver-Chip опубликована в журнале Science Translational Medicine.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Wyss Institute: Liver-Chip Identifies Distinct Drug Toxicities in Human, Rat, and Dog Models.