Важным шагом вперед в разработке лекарств стало то, что исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) разработали инструмент для создания системы, который назвали «сердце на чипе».
Эта технология направлена на устранение ограничений разработки традиционных сердечно-сосудистых препаратов, которая в значительной степени зависит от испытаний на животных. Воспроизводя человеческие модели для изучения сердечно-сосудистых заболеваний, новая система обещает помочь заменить испытания на животных, сократить сроки разработки лекарств и снизить затраты. Результаты команды NIST были опубликованы в журнале Lab on a Chip.
Сердце на чипе — это устройство, которое имитирует сложные взаимодействия клеток сердца на небольшом чипе и является частью более крупного комплекса «орган-на-чипе». Реальная конструкция «сердца на чипе» различается, но обычно это небольшой прозрачный или полупрозрачный чип, состоящий из сети микроканалов, напечатанных на слое полимера.
Эти микроканалы спроектированы так, чтобы имитировать кровеносные сосуды человеческого сердца. Исследователи помещают клетки сердца человека в эти микроканалы, чтобы управлять ими и наблюдать за их поведением. Исследователи могут самостоятельно стимулировать их или наблюдать за их поведением в разных условиях, например, при введении лекарства.
«Сердце на чипе спроектировано так, чтобы имитировать условия реального сердца»,
— сказал исследователь NIST Дарвин Рейес, который руководил разработкой этой системы.
«Мы можем воздействовать на окружающую среду, чтобы превратить стволовые клетки в клетки сердца и заставить их сокращаться и расслабляться, как это происходит в организме, вызывая сердцебиение».
«Сердце» системы «орган-на-чипе» лежит в так называемой микрофлюидике, которая представляет собой миниатюрную водопроводную систему, в которой исследователи могут точно контролировать и манипулировать крошечными количествами жидкостей. Исследователи используют микрофлюидику для создания в лаборатории усовершенствованных моделей органов и тканей на небольших чипах.
«Сам чип можно использовать с разными типами клеток. В частности, в этом проекте мы используем клетки сердца, но вы можете использовать индивидуальную версию системы с другими клетками, чтобы контролировать их поведение визуально и электронно».
Концепция «органа на чипе» выходит за рамки сердца. Исследователи могут создавать чипы, имитирующие состояние различных органов, которые можно даже объединить между собой, образуя систему из нескольких органов. Например, вы можете подключить «сердце-на-чипе» к «печени-на-чипе», чтобы имитировать взаимодействие сердца и печени в ответ на определенные лекарства или медицинские состояния. Этот подход обеспечивает более полное понимание того, как различные органы функционируют вместе в организме человека.
Разработка этой новой технологии не происходит в вакууме. Исследователи во всем мире работают над подобными микрофлюидными устройствами, чтобы открыть новую эру разработки лекарств. Однако для того, чтобы это стало реальностью, необходима стандартизация — установление последовательных руководящих принципов и правил для этих технологий.
«Чем больше совместных исследований будет проводиться помимо того, что делается в настоящее время, тем лучше будет эта технология», — сказал Рейес.
В то время как данная технология сосредоточена на разработке сердечно-сосудистых препаратов, возможности технологии «орган-на-чипе» выходят за рамки конкретного органа. Система может быть применена к различным типам клеток, имеющим отношение к исследованиям рака.
«Мы находимся на этапе тестирования понимания того, как мы можем отслеживать движение и агрессивность раковых клеток в режиме реального времени. Мы надеемся, что в будущем, благодаря большему количеству тестов, система сможет обеспечить измерения агрессивности раковых клеток, которые могут помочь в диагностике».
Эта новая технология, основанная на строгих стандартах, знаменует собой важный шаг на пути к будущему, в котором разработка лекарств будет характеризоваться точностью, эффективностью и повышенными этическими соображениями.