Niewiele wynalazków jest tak kosztownych w tworzeniu, ani tak samo nieudanych jak nowe leki.
Szacuje się, że średnio opracowanie i przetestowanie nowego leku farmaceutycznego zajmuje teraz 10 lat i kosztuje prawie 1, 4 miliarda dolarów. Około 85 procent nigdy nie przeszło wcześniejszych prób klinicznych, a spośród tych, które to robią, tylko połowa jest faktycznie zatwierdzona przez FDA do wejścia na rynek. To jeden z powodów, dla których leki tak dużo kosztują.
Dobra wiadomość. Naukowcy, koncentrując się na tym, jak zwiększyć szanse na sukces i przyspieszyć proces, jednocześnie dbając o bezpieczeństwo leków, opracowali obiecującą innowację: „narządy na chipie”. Wyglądają właściwie tak, jak brzmią - maleńkie, funkcjonujące wersje wyhodowanych narządów ludzkich na urządzeniu mniej więcej wielkości karty pamięci komputera.
Najnowszy krok naprzód pochodzi od zespołu inżynierów biomedycznych z University of Toronto. Wcześniej w tym tygodniu w artykule w czasopiśmie Nature Materials naukowcy wyjaśnili, w jaki sposób udało im się doprowadzić tkanki serca i wątroby do wzrostu na małym, trójwymiarowym rusztowaniu pokrytym plasterkami miodu z cienkimi włosami sztucznymi naczyniami krwionośnymi, a następnie obserwuj, jak narządy funkcjonują w ludzkim ciele.
Nazywają swoje urządzenie AngioChip i według szefa zespołu Milica Radisic jego potencjał wykracza poza zrewolucjonizowanie procesu testowania narkotyków. Wyobraża sobie dzień, w którym można by wszczepić je w ludzkim ciele, aby naprawić chore lub uszkodzone narządy.
„To naprawdę jest wielofunkcyjne i rozwiązuje wiele problemów w przestrzeni inżynierii tkankowej”, powiedział Radisic, profesor uniwersyteckiego Instytutu Biomateriałów i Inżynierii Biomedycznej w komunikacie prasowym. „To naprawdę nowa generacja”.
Budowanie mini-organów
Naukowcy są już w stanie wyhodować tkankę narządową w laboratoriach, ale ogólnie jest ona na płaskiej płytce i daje dwuwymiarowy model inny niż to, co faktycznie dzieje się w nas. Ogranicza to ilość naukowców, którzy mogą dowiedzieć się o skuteczności i ryzyku stosowania nowego leku w leczeniu konkretnego narządu.
Ale technologia taka jak AngioChip zapewnia bardziej realistyczną, choć niewielką wersję ludzkich narządów, a to, mówi Radisic, pozwoli naukowcom wcześnie zidentyfikować leki, które zasługują na przejście do badań klinicznych. Może to również znacznie zmniejszyć potrzebę testowania ich na zwierzętach.
Budowa urządzenia nie była małym wyzwaniem. Doktorant Boyang Zhang najpierw musiał zastosować technikę tłoczenia 3D, aby stworzyć wyjątkowo cienkie warstwy przezroczystego, elastycznego polimeru. Każda warstwa zawierała wzór kanałów nie szerszych niż ludzkie włosy. Służyłyby one jako naczynia krwionośne narządu.
Następnie ręcznie ułożył warstwy w stosy i użył światła UV, aby wywołać reakcję chemiczną, która ich stopiła. To stworzyło rusztowanie, wokół którego będą rosły narządy. Aby sprawdzić, czy ich wynalazek rzeczywiście zadziała, naukowcy wszczepili go szczurowi. Byli podekscytowani widokiem krwi przepływającej przez wąskie kanały urządzenia bez krzepnięcia.
Następnie kąpali statek AngioChip w płynie wypełnionym żywymi ludzkimi komórkami serca. Wkrótce komórki te zaczęły rosnąć wewnątrz i na zewnątrz sztucznych naczyń krwionośnych, tak jak w ludzkim ciele. Gdy komórki nadal rosły w ciągu następnego miesiąca, elastyczne urządzenie zaczęło działać jak prawdziwy narząd, ostatecznie kurcząc się i rozszerzając w stałym rytmie, tak jak bicie serca.
„Tym, co czyni AngioChip wyjątkowym, jest to, że zbudowaliśmy układ naczyniowy w tkance”, wyjaśnia Zhang. „Ta sieć naczyń pomoże w przyszłości połączyć wiele narządów razem, tak jak nasze narządy są połączone ze sobą w naszym układzie krwionośnym”.
Zastępujesz przeszczepy?W ten sam sposób inżynierowie stworzyli wątrobę na chipie. Z czasem również zaczął zachowywać się jak ludzki odpowiednik, wytwarzając mocznik, główny związek w moczu, a także leki metabolizujące. Ostatecznie naukowcy będą mogli łączyć układy różnych narządów, aby zobaczyć nie tylko wpływ leku na każdy narząd, ale także jego wpływ na oba z nich jednocześnie.
Lub, jak sugeruje Radisic, guz i komórki serca można połączyć ze sobą, aby zobaczyć, które leki mogą zniszczyć nowotwór bez szkody dla serca.
„Najmniejsze naczynia w tej tkance były tylko tak szerokie jak ludzki włos, ale krew wciąż mogła przez nie przepływać” - powiedział Radisic. „Oznacza to, że będziemy w stanie zbudować ludzkie nowotwory u zwierząt przy użyciu tej platformy, aby pomóc odkryj nowe, bardziej skuteczne leki przeciwnowotworowe ”.
Oczywiste jest, że narządy wyhodowane w laboratorium mogą znacznie zwiększyć precyzję i szybkość procesu testowania leków. Ale kiedy AngioChip można wszczepić ludziom, zauważa Radisic, może to zastąpić potrzebę przeszczepiania narządów innej osobie. Zamiast tego narządy można hodować z komórkami pobranymi od gospodarza, co może znacznie obniżyć ryzyko odrzucenia.
Średnio 21 osób umiera każdego dnia, ponieważ odpowiednie narządy nie są dostępne do przeszczepów.
Następnym krokiem dla zespołu University of Toronto jest współpraca z producentem w celu opracowania procesu budowy wielu statków AngioChip jednocześnie. W tej chwili są one budowane ręcznie, pojedynczo.
