Стремясь ускорить процесс разработки лекарств, группа японских исследователей успешно создала модель гематоэнцефалического барьера, используя модульную ткань, полученную из человеческих клеток. Кровяно-мозговой барьер действует как строгий привратник вокруг мозга, не допуская попадания в кровь того, что не должно быть в ней. Этот барьер является защитным, но он создает проблемы, когда терапия должна воздействовать на мозг, чтобы быть эффективной.
По мнению исследователей из Центра исследований динамики биосистем RIKEN (BDR), при создании методов лечения заболеваний необходимо убедиться в том, что лекарство может преодолеть гематоэнцефалический барьер, и проверить его эффективность внутри мозга.
Разработанная командой крошечная кубическая структура, известная как Tissue-in-a-CUBE, способна продвинуть процесс открытия лекарств и заменить животные модели в доклинических исследованиях. Процесс создания новых лекарств требует денег и времени. Традиционные подходы опираются на испытания на животных на ранних, доклинических стадиях. Тем не менее, иногда бывает сложно спрогнозировать эффективность препарата на людях, а также возможные негативные побочные эффекты из-за различий между животными и людьми. Эти проблемы подтолкнули ученых к созданию методов исследований, не зависящих от испытаний на животных, таких как органоиды - структуры, имитирующие человеческие органы, и органы-на-чипе - для создания искусственных человеческих органов для внешнего использования. Кроме того, в связи с этими проблемами существует больше правил, регулирующих проведение экспериментов на животных.
В связи с этим исследовательская группа RIKEN BDR создала новую модель гематоэнцефалического барьера, используя технологию типа CUBE, которую они создали для модульного построения различных человеческих тканей. Лекарства должны проходить через различные ткани, прежде чем достигнут целевой точки, что делает одновременную реконструкцию многих тканей и анализ их взаимодействия чрезвычайно сложной, но в то же время критически важной задачей. По словам команды, прежде чем попасть в мозг, лекарства должны пройти через эндотелиальные клетки сосудов, астроциты и перициты в гематоэнцефалическом барьере.
Для создания модели гематоэнцефалического барьера ученые изготовили 5-миллиметровые каркасы CUBE, заполнили их гидрогелем, в который были добавлены астроциты и перициты, полученные из человеческого мозга, а затем высеяли на поверхность эндотелиальные клетки сосудов, развившиеся из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS), и сформировали клеточные листы. После этого они протестировали аппарат.
Ключевой особенностью каркаса CUBE является простота манипуляций с пинцетом, что облегчает работу с моделью гематоэнцефалического барьера. Культивирование клеток можно проводить в стандартном планшете для клеточных культур. После созревания ткань была включена в разработанную ранее модульную платформу Tissue-in-a-CUBE, объединив ее с другими подготовленными тканями на жидкостном чипе для анализа межтканевых взаимодействий.
Команда провела тесты по скринингу лекарств, чтобы показать, насколько полезен этот подход для создания новых препаратов. Клетки опухоли мозга культивировались в контейнере CUBE для создания модуля опухоли мозга. После этого модули опухоли мозга и гематоэнцефалического барьера были перенесены в жидкостный чип и соединены. С помощью такой конфигурации ученые смогли определить количество противоракового препарата, которое может проникнуть через барьер, добраться до опухоли мозга и начать действовать.