Такая система могла показать, например, будет ли препарат, который предназначен, чтобы рассматривать один орган, иметь отрицательные эффекты на другого.«Некоторые из этих эффектов действительно трудно предсказать из моделей животных, потому что ситуации, которые приводят к ним, особенные», говорят Линда Гриффит, Школа Технического профессора Обучения Инноваций, преподавателя биологического технического и машиностроения и одного из ведущих авторов исследования. «С нашим чипом Вы можете распределить препарат и затем искать эффекты на другие ткани и измерить воздействие и как это усвоено».Этот жареный картофель мог также использоваться, чтобы оценить наркотики антитела и другие иммунотерапии, которые трудно проверить полностью у животных, потому что они разработаны, чтобы взаимодействовать с человеческой иммунной системой.
Дэвид Трампер, преподаватель MIT машиностроения, и Мурат Цирит, исследователь в Отделе Биологической Разработки, являются также ведущими авторами бумаги, которая появляется в журнале Scientific Reports. Ведущие авторы газеты – бывший MIT postdocs Коллин Эдингтон и Вэнь Ли Келли Чен.Моделирование органовРазрабатывая новое лекарство, исследователи определяют цели препарата на основе того, что они знают о биологии болезни, и затем создают комплексы, которые затрагивают те цели.
Преклиническое тестирование у животных может предложить информацию о безопасности и эффективности препарата, прежде чем человеческое тестирование начнется, но те тесты могут не показать потенциальные побочные эффекты, говорит Гриффит. Кроме того, наркотики, которые работают у животных часто, терпят неудачу в испытаниях на людях.
«Животные не представляют людей во всех аспектах, что Вы должны разработать лекарства и понять болезнь», говорит Гриффит. «Это становится более очевидным, поскольку мы смотрим через все виды наркотиков».Осложнения могут также возникнуть из-за изменчивости среди отдельных пациентов, включая их генетическое образование, экологические влияния, образы жизни и другие наркотики, которые они могут принимать. «Много времени, Вы не видите проблем с препаратом, особенно что-то, что могло бы быть широко предписано, пока оно не идет на рынок», говорит Гриффит.
Как часть проекта, возглавленного Управлением перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ (DARPA), Гриффит и ее коллеги решили заниматься технологией, которую они называют «physiome на чипе», которому они верят, мог предложить способ смоделировать потенциальное действие препарата более точно и быстро. Чтобы достигнуть этого, исследователям было нужно новое оборудование – платформа, которая позволит тканям расти и взаимодействовать друг с другом – а также спроектированная ткань, которая точно подражала бы функциям человеческих органов.
Прежде чем этот проект был начат, никто не преуспел в том, чтобы соединить больше, чем несколько различных типов ткани на платформе. Кроме того, большинство исследователей, работающих над этим видом чипа, работало с закрытыми микрожидкими системами, которые позволяют жидкости втекать, и но сделать не предлагают легкий способ управлять тем, что происходит в чипе. Эти системы также требуют внешних насосов.
Команда MIT решила создать открытую систему, которая по существу удаляет крышку и облегчает управлять системой и удалять образцы для анализа. Их система, адаптированная от технологии, они ранее развивали и коммерциализировали через расположенный на территории Великобритании CN BioInnovations, также включает несколько бортовых насосов, которые могут управлять потоком жидкости между «органами», копируя циркуляцию крови, иммуноцитов и белков через человеческое тело.
Насосы также позволяют большие спроектированные ткани, например опухоли в органе, чтобы быть оцененными.Сложные взаимодействияИсследователи создали несколько версий своего чипа, соединившись к 10 типам органа: печень, легкое, пищеварительный тракт, оболочка матки, мозг, сердце, поджелудочная железа, почка, кожа и скелетная мышца. Каждый «орган» состоит из групп 1 миллиона к 2 миллионам клеток.
Эти ткани не копируют весь орган, но они действительно выполняют многие его важные функции. Значительно, большинство тканей прибывает непосредственно из терпеливых образцов, а не из клеточных линий, которые были развиты для использования лаборатории. Эти так называемые «основные клетки» более трудные работать с, но предложить более представительную модель функции органа, говорит Гриффит.
Используя эту систему, исследователи показали, что могли поставить препарат ткани желудочно-кишечного тракта, подражая устному приему пищи препарата, и затем наблюдать, когда препарат был транспортирован в другие ткани и усвоен. Они могли иметь размеры, куда наркотики пошли, эффекты наркотиков на различных тканях, и как наркотики были расщеплены.
В связанной публикации смоделировали исследователи, как наркотики могут вызвать неожиданное напряжение на печени, делая желудочно-кишечный тракт «прохудившимся», позволяя бактериям войти в кровоток и произвести воспаление печени.Гриффит полагает, что самые непосредственные заявления на эту технологию включают моделирование двух – четырех органов. Ее лаборатория теперь разрабатывает образцовую систему для болезни Паркинсона, которая включает мозг, печень и ткань желудочно-кишечного тракта, которую она планирует использовать, чтобы исследовать гипотезу, что бактерии, найденные в пищеварительном тракте, могут влиять на развитие болезни Паркинсона.
Другие заявления включают опухоли моделирования, которые метастазируют в другие части тела, говорит она.«Преимущество нашей платформы состоит в том, что мы можем увеличить ее или вниз и приспособить много различных конфигураций», говорит Гриффит. «Я думаю, что область собирается пройти переход, где мы начинаем вытаскивать больше информации из системы с четырьмя органами или с тремя органами, и это начнет становиться конкурентоспособным, потому что информация, которую Вы получаете, настолько более ценна».
Исследование финансировалось Исследовательским управлением армии США и DARPA.