Не так много изобретений так дорого создавать или они могут потерпеть неудачу, как новые лекарства.
По оценкам, в среднем на разработку и тестирование нового фармацевтического препарата сейчас уходит 10 лет и он стоит почти 1, 4 миллиарда долларов. Около 85 процентов никогда не проходят через ранние клинические испытания, и из тех, которые делают, только половина фактически одобрена FDA для выхода на рынок. Это одна из причин, почему лекарства стоят так дорого.
Теперь хорошие новости. Ученые, сосредоточенные на том, как улучшить шансы на успех и ускорить процесс, сохраняя при этом лекарства безопасными, разработали многообещающее новшество: «органы на чипе». Они в значительной степени похожи на то, на что они похожи - крошечные, функционирующие версии человеческих органов, выращенных на устройстве примерно размером с карту памяти компьютера.
Последний шаг вперед сделан командой инженеров-медиков из Университета Торонто. Ранее на этой неделе в статье в журнале Nature Materials эти ученые объяснили, как им удалось вырастить ткани сердца и печени на небольших трехмерных лесах, скованных тонкими волосами искусственными кровеносными сосудами, а затем наблюдайте за функционированием органов, как если бы они находились внутри человеческого тела.
Они называют свое устройство AngioChip, и, по словам главы команды Милицы Радизич, его потенциал выходит за рамки революционных изменений в процессе тестирования на наркотики. Она предвидит день, когда его можно будет имплантировать в человеческое тело для восстановления больных или поврежденных органов.
«Он действительно многофункциональный и решает многие проблемы в области тканевой инженерии», - сказал Радисич, профессор Университетского института биоматериалов и биомедицинской инженерии в пресс-релизе. «Это действительно новое поколение».
Создание мини-органов
Исследователи уже могут выращивать ткани органов в лабораториях, но, как правило, они находятся на плоской пластине, и в результате получается двумерная модель, отличная от того, что на самом деле происходит внутри нас. Это ограничивает то, сколько исследователи могут узнать об эффективности и риске использования нового лекарства для лечения конкретного органа.
Но такие технологии, как AngioChip, предоставляют более реалистичную, хотя и крошечную, версию человеческих органов, и это, говорит Radisic, позволит исследователям на ранней стадии определить те препараты, которые заслуживают перехода к клиническим испытаниям. Это также может значительно снизить необходимость тестирования их на животных.
Сборка устройства была немалой проблемой. Аспиранту Боян Чжану сначала пришлось использовать технику, называемую 3D-штамповкой, для создания чрезвычайно тонких слоев прозрачного, гибкого полимера. Каждый слой содержал рисунок каналов не шире человеческого волоса. Они будут служить кровеносными сосудами органа.
Затем он вручную сложил слои и использовал ультрафиолетовый свет, чтобы вызвать химическую реакцию, которая объединила их. Это создало леса, вокруг которых будет расти орган. Чтобы увидеть, будет ли их изобретение действительно работать, исследователи имплантировали его крысе. Они были взволнованы, увидев кровь, проходящую через узкие каналы устройства без свертывания.
Затем они погрузили AngioChip в жидкость, заполненную живыми клетками человеческого сердца. Вскоре эти клетки начали расти внутри и снаружи искусственных кровеносных сосудов так же, как и в организме человека. По мере того, как клетки продолжали расти в течение следующего месяца, гибкое устройство стало действовать как настоящий орган, со временем сокращаясь и расширяясь в устойчивом ритме, как сердцебиение.
«Уникальность AngioChip заключается в том, что мы создали сосудистую систему в ткани», - объясняет Чжан. «Эта сеть сосудов в будущем поможет нам соединить несколько органов так же, как наши органы связаны друг с другом в нашей системе крови».
Замена трансплантатов?Инженеры создали печень на чипе таким же образом. Со временем он тоже начал вести себя как его человеческий аналог, производя мочевину, основное соединение в моче, а также метаболизируя наркотики. Со временем ученые смогут соединить микросхемы разных органов, чтобы увидеть не только то, как лекарство будет влиять на каждый орган, но и его воздействие на оба из них одновременно.
Или, как предположил Radisic, опухоль и клетки сердца могут быть связаны вместе, чтобы увидеть, какие лекарства могут разрушить опухоль, не нанося вреда сердцу.
«Самые маленькие сосуды в этой ткани были такими же широкими, как человеческие волосы, но кровь по-прежнему могла легко течь через них, - сказал Радисич. - Это означает, что мы сможем построить опухоли человека у животных, используя эту платформу, чтобы помочь открыть новые, более эффективные противораковые препараты ».
Очевидно, что выращенные в лаборатории органы способны значительно повысить точность и скорость процесса тестирования на наркотики. Но как только AngioChip может быть имплантирован людям, отмечает Радисич, он может заменить потребность в пересадке органов от другого человека. Вместо этого органы можно выращивать с использованием клеток, взятых у хозяина, что может значительно снизить риск отторжения.
В среднем 21 человек умирает каждый день, потому что подходящие органы не доступны для трансплантации.
Следующим шагом для команды Университета Торонто является работа с производителем для разработки процесса создания нескольких AngioChips одновременно. Прямо сейчас они построены вручную по одному.
