Микросхема отменяет тесты на животных
Использование компактного мультиорганного чипа (сравнимого по размерам с монетой в один евро), и три отдельные микросхемы, отменяет тесты на животных. Исследователи теперь могут изучать регенерацию клеток почки, не используя лабораторных животных. До сих пор медицинские эксперименты на животных были необходимым злом. Однако, исследователи из института Фраунгофера разработали многообещающую альтернативу. Ученые создали искусственный мини-организм, размещенный внутри микросхемы, которая позволит проанализировать сложные обменные процессы в организме человека.
Достижения современной медицины, которая дала возможность победить страх перед многими заболеваниями, неоспоримы и грандиозны. Однако у медали есть обратная сторона, чтобы убедиться в эффективности и безопасности лекарства научно-исследовательские лаборатории вынуждены ставить эксперименты на животных. Гуманное отношение к животным, поставленное во главу угла современной науки, заставило сотни исследователей по всему миру работать над альтернативой экспериментам на животных. Замену найти трудно, поскольку, чтобы понять какой эффект вызывает вещество, недостаточно проверить реакцию на образцах тканей или отдельных клетках. Большинство препаратов работают системно — то есть, оказывают действие на весь организм в целом.
Микросхема имитирует систему кровообращения человека
Исследователи из Германии разработали решение, которое может предотвратить использование экспериментов на животных в медицинских исследованиях. Ученые создали мультиорганный чип, повторяющий сложные обменные процессы в организме человека с поразительной точностью. Данная система — это мини-организм, размером 1:100000 от размера реального человека. Микросхема дает возможность исследовать человеческие клетки из разных органов. Создаваемые «мини-органы» связаны друг с другом через крошечные каналы, таким образом, моделируется система кровообращения человека. Работая так же, как человеческое сердце, микро-насос непрерывно переносит среду культуральной жидкости клеток через инфинитезимальные микроканалы. Исследователи могут изменять конфигурацию чипа, т.е. количество мини-органов, а также и количество подключений к микро-каналам, учитывая поставленные задачи и последующее применение лекарства. С помощью чипа, можно проверить как активные ингредиенты новых лекарственных препаратов, так и изучить их влияние на организм и переносимость.
Концепция объединения различных клеточных образцов с общей циркуляцией существует и разрабатывается уже в течение длительного времени. Новая система, однако, имеет два явных преимущества по сравнению с предыдущими подходами. Микрожидкостная система чрезвычайно мала. Насос способен направлять через каналы поток на минимальных скоростях — менее 0,5 микролитров в секунду (мКл/с). Это означает, что отношение между образцом клеток и жидкой средой является аутентичным. Если данное отношение будет неправильным, то результаты экспериментов будут неточными. Во-вторых, микрожидкостная система обеспечивает постоянный и непрерывный поток жидкости в клеточной культуральной среде по всей цепи чипа, подобно тому, как это происходит в человеческой крови. Это важно, так как некоторые типы сигналов могут присутствовать только в аутентичной «телоподобной» морфологии, так как они стимулируются токами или потоком крови.
Для того чтобы проверить эффект исследуемого препарата, ученые сначала загружают в чип различные образцы клеток.
Затем тестируемый активный ингредиент добавляется с помощью среды образца клеток того органа, для лечения которого вещество будет вводиться в кровь реального пациента, например, клетки слизистой оболочки кишечника. Затем, на чипе обрабатывают метаболические реакции, точно так же как это происходит в организме человека. В исследованиях используются образцы клеток пациентов разных полов и национальностей. По желанию можно установить изменения в размере и массе тела в масштабе 1:100 000. Ученые могут увидеть, какие именно продукты обмена образуются в определенных клеточных образцах, и какое влияние они оказывают на другие клетки. В конечном счете, результаты даже более предиктивны, чем эксперименты на животных, поскольку воздействие на организм мыши или крысы не может быть применено к человеку в соотношении 1:1.
Искусственные организмы уже используется в некоторых компаниях, работающих в косметической промышленности. В дополнение к исследованиям активных ингредиентов, существует также еще одно потенциальное применение. На сегодня известно, что определенные клетки почек, эндотелиальные клетки, играют ключевую роль практически в каждом заболевании почек. Мультиорганный чип может предложить тестовую среду, которая позволит наблюдать, как клетки регенерируют после травмы.
