Усовершенствованное сердце-на-чипе

DailyTechInfo по материалам Phys.org: Heartbeat on a chip could improve pharmaceutical tests

Здесь и ниже изображения из пресс-релиза University of Michigan – ВМ.

Этот прозрачный кубик является чипом, который приводится в действие силами земного притяжения и который весьма точно имитирует человеческий пульс, подражая основным физическим ритмам, определяющим функционирование человеческого организма. Созданное исследователями из Мичиганского университета устройство принадлежит к достаточно многочисленному классу лабораторий-на-чипе, микрожидкостных устройств, позволяющих проводить исследования и испытания лекарственных препаратов в лабораторных, а не в клинических условиях.

Первой областью применения нового устройства станут испытания новых лекарственных препаратов, предназначенных для борьбы с заболеваниями сердечно-сосудистой системы человека, в которых от качества имитации кровотока сильно зависят результаты этих испытаний. «Этот прибор является своего рода мостом между чашкой Петри и живым пациентом» – рассказывает Шуичи Тэкаяма (Shuichi Takayama), профессор биоинженерии из Мичиганского университета, – «Живые кровяные клетки ведут себя более естественным образом, когда они испытывают пульсирующие ритмы, подобные ритмам тела человека. Дублируя эти ритмы в пределах чипа, мы сможем производить более точные лабораторные тесты, нежели это позволяют делать другие статичные системы».

Стоит отметить, что это не первая попытка создания лаборатории-на-чипе, способной моделировать сердцебиение. Но предыдущие подобные установки были построены на базе поршневых насосов, которые достаточно капризны, ненадежны и занимают большое пространство. Новое устройство, не имеющее движущихся и трущихся частей, способно работать непрерывно в течение очень долгих промежутков времени. Кроме этого, дополнительный управляющий вход устройства позволяет регулировать как частоту имитируемого пульса, так и объем крови проходящей через структуру чипа. Простое изменение давления на входе чипа позволит ученым производить одновременно или последовательно стразу несколько различных тестов.

В основе структуры устройства лежит весьма запутанная сеть из микроскопических каналов, конденсаторов и микропереключателей, которые, под воздействием внешнего давления и силы земной гравитации позволяют получить любую комбинацию частоты пульса, внутреннего давления и объема проходящей через устройство крови. Это, в свою очередь, позволяет производить тесты, моделируя условия в организмах различных людей, как здоровых, так и пораженных различными заболеваниями.

«Все микрожидкостные схемы состоят из набора базовых компонентов, некоторые из которых срабатывают надежно лишь при наличии отрицательного давления» – рассказывает Тэкаяма, – «При помощи компьютерного моделирования и расчетов на специализированном программном обеспечении мы разработали новую конструкцию для всех таких элементов. Теперь роль отрицательного давления для их надежного срабатывания играет сила тяжести. А комбинация методов литографии и фотолитографии позволила нам изготавливать чипы из силиконовой резины, стоимость которых не превышает нескольких центов».

Кроме своей основной функции новый чип может использоваться в качестве модулятора, регулирующего и имитирующего другие биоритмы тела человека, к примеру подачу гормональных сигналов. «Например, мы можем изучить реакцию печени на инсулин, внезапно подав через кровь большую дозу» – рассказывает Тэкаяма, – «Но все дело заключается в том, что в естественных условиях печень получает большое количества инсулина от поджелудочной железы в виде серии небольших доз. И наше устройство позволит воспроизвести более точную модель процессов, происходящих в теле человека».

Поскольку новое устройство сердца-на-чипе не используется на людях, а лишь только в лабораторных исследованиях, то их применение может быть начато без ожидания кучи разрешений и одобрений от различных контролирующих организаций. Кроме этого, исследователи не планируют коммерциализировать разработанную ими технологию, и сделают ее доступной всем заинтересованным лицам в ближайшее время.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru

25.06.2015