Симулятор болезней человека дает ученым возможность выбора

• Устройство может манипулировать тем, какой орган вызывает заболевание, чтобы изучить его последствия
• Может служить промежуточным этапом между исследованиями на животных и клиническими испытаниями для тестирования новых лекарств.
• «Мы хотели сделать это так же просто, как пользоваться смартфоном»

Представьте себе устройство размером меньше коробки из-под обуви малыша, которое может имитировать любое заболевание человека во многих органах или тестировать новые лекарства, даже не проникая в организм и не причиняя ему вреда.

Ученые из Северо-Западного университета разработали эту новую технологию под названием «Решетка» для изучения взаимодействия между восемью уникальными культурами тканей органов (клетками человеческого органа) в течение длительных периодов времени, чтобы воспроизвести реакцию реальных органов. Это значительное достижение по сравнению с существующими системами in vitro, которые могут одновременно изучать только две клеточные культуры.

Цель состоит в том, чтобы смоделировать то, что происходит внутри организма, чтобы проанализировать, например, как ожирение может повлиять на определенное заболевание; как женщины метаболизируют наркотики иначе, чем мужчины; или что может изначально вызывать заболевание, которое в конечном итоге поражает несколько органов.

«Когда что-то происходит в организме, мы не знаем точно, кто с кем разговаривает», — сказал ведущий ученый. Джули Ким, профессор акушерства и гинекологии Медицинской школы Файнберга Северо-Западного университета. «В настоящее время ученые используют чашки, содержащие один или два типа клеток, а затем проводят углубленные исследования и анализы, но Lattice обеспечивает огромный прогресс. Эта платформа гораздо лучше подходит для имитации того, что происходит в организме, поскольку она может моделировать сразу множество органов».

Исследование с подробным описанием новой технологии будет опубликовано 3 октября в журнале. Лаборатория на чипе.

Симулятор болезни «Выбери себе приключение»

Микрофлюидное устройство имеет ряд каналов и насосов, которые заставляют среду (имитированную кровь) течь между восемью лунками. Компьютер, подключенный к Lattice, точно контролирует, сколько среды проходит через каждую лунку, где и когда. В зависимости от того, какое заболевание или лекарство ученый хочет проверить, он может заполнить каждую лунку различной тканью органа, гормоном, заболеванием или лекарством.

Например, лаборатория Кима использует Lattice для изучения синдром поликистозных яичников (СПКЯ), Это состояние, характеризующееся дисбалансом репродуктивных гормонов и проблемами обмена веществ. Ученые до сих пор не уверены, почему и как развивается СПКЯ. Хотя заболевание поражает яичники, поражаются и многие другие системы органов в организме.

«Что мы можем сделать с помощью Lattice, так это начать манипулировать и контролировать, какой орган вызывает болезнь», — сказал Ким. «Итак, в одном эксперименте мы могли бы начать с яичника СПКЯ, чтобы увидеть, как он влияет на печень или мышцы. Другой эксперимент может выяснить, является ли высокий уровень инсулина, связанный с заболеванием, причиной беспорядочного поведения различных систем органов. Мы можем контролировать ткани и упорядочивать их определенным образом».

Надежная проверка перед клиническими испытаниями

Нынешний метод тестирования новых лекарств начинается в лаборатории в чашке (in vitro), затем тестируется на животных моделях, а затем переходит к клиническим испытаниям на людях.

«Нет ничего среднего между тестированием на животных и клиническими испытаниями на людях, и мы обнаруживаем, что многие лекарства неэффективны на людях», — сказал Ким. «Решетка может стать промежуточным этапом между исследованиями на животных и клиническими испытаниями, поскольку мы можем тестировать лекарства, прошедшие исследования на животных, чтобы проверить, безопасны ли они для тканей человека. Это еще одна надежная проверка, прежде чем мы поместим их в тела.

Решетка может тестироваться дольше, чем другие системы in vitro.

По словам Кима, стандартные первичные клеточные культуры в современных чашках in vitro не выживают долго. Но Lattice была разработана для обеспечения культур свежей средой (имитированной кровью) и устранения отходов за счет перекачивания среды через каждую из восьми лунок, чтобы ткани выживали дольше. По словам Кима, ученые тестировали систему в течение 28 дней и надеются продержаться дольше.

«Например, ожирение является основным фактором риска рака эндометрия», — сказала Ким. «Мы никогда не сможем изучить влияние факторов риска на блюдо, потому что для этого требуются долгосрочные культуры. С помощью Lattice мы можем изучить, как жир напрямую влияет на эндометрий, в течение более длительного периода времени, а также изучить некоторые ранние изменения, которые происходят в клетках эндометрия».

Удобен для широкого использования в исследованиях

Lattice — это версия второго поколения ЭВАТАР, созданием которого руководила Тереза ​​Вудрафф, бывший преподаватель Северо-Западного университета и соавтор текущего исследования. ЭВАТАР — это миниатюрный женский репродуктивный тракт, который позволяет ученым проводить столь необходимые испытания новых лекарств на предмет безопасности и эффективности на женской репродуктивной системе. Lattice была создана для изучения многих других заболеваний как у мужчин, так и у женщин. Это дешевле и удобнее для пользователя, что, по словам Ким, надеется, позволит широко использовать его в исследовательской и фармацевтической областях.

«Начиная с ЭВАТАРА, мы хотели сделать что-то удобное для пользователя, чтобы вам не требовались инженеры для его сборки или устранения неполадок», — сказал Ким. «Мы хотели сделать его таким же простым, как использование смартфона — достаньте его из коробки, включите и используйте — чтобы исследователи могли получать данные и не тратить слишком много времени на то, как работать с ними в своей лаборатории».

Исследование «Новое тканезависимое микрофлюидное устройство для моделирования физиологии и заболеваний: решетчатая платформа» было проведено в сотрудничестве с учеными из Университета Иллинойса в Чикаго, Университета Рутгерса и Университета штата Мичиган. Ханнес Кампо из Northwestern, научный сотрудник лаборатории Кима, является первым автором исследования.