Organe umane pe cipuri

Studiile clinice necesită ani întregi și testarea unui singur compus poate costa mai mult de 2 miliarde de dolari. Între timp, nenumărate vieți de animale sunt pierdute, iar procesul nu reușește adesea să prezică răspunsurile umane, deoarece modelele tradiționale de animale nu deseori imită fiziopatologia umană. Din aceste motive, există o nevoie largă de moduri alternative de a modela bolile umane in vitro pentru a accelera dezvoltarea de noi medicamente și a avansa medicamentul personalizat.

Cercetătorii Institutului Wyss și o echipă multidisciplinară de colaboratori au adaptat metodele de fabricare a microcipurilor computerizate pentru a dezvolta dispozitivele de cultură microfluidică care recapitulează microarchitectura și funcțiile organelor umane vii, inclusiv plămânul, intestinul, rinichiul, pielea, măduva osoasă și bariera sânge-creier, printre alții. Aceste microdevice-uri, denumite „Organ-Chips”, oferă o alternativă potențială la testarea tradițională pe animale.

Fiecare cip este compus dintr-un polimer clar, flexibil, cu privire la dimensiunea unui stick de memorie pentru computer, care conține canale microfluidice goale, căptușite de celule specifice unor organe umane interfațate cu o vasculatură artificială căptușită cu celule endoteliale umane, iar forțele mecanice pot fi aplicate pentru a imita microorganismul fizic al organelor vii, inclusiv mișcări de respirație în deformații pulmonare și de tip peristaltic în intestin. Ele sunt în esență secțiuni transversale tridimensionale ale unităților funcționale majore ale organelor vii întregi. Deoarece sunt translucide, acestea oferă o fereastră în funcționarea interioară a celulelor umane în țesuturile vii într-un context relevant pentru organ.

„Am avansat în privinta microingineriei, realizat în laboratorul nostru academic și, în doar câteva mii de ani, l-am transformat într-o tehnologie care este acum pregătită să aibă un impact major asupra societății.” – DONALD INGBER

Cu capacitatea lor de a găzdui și combina diferitele tipuri de celule și țesuturi care formează organe umane, Organ Chips prezintă un microambient ideal pentru a studia activitățile la scară moleculară și celulară care stau la baza funcției organului uman și imită stările de boală specifice omului, precum și identificarea noi ținte terapeutice in vitro. Ele recreează interfețe relevante terapeutic, cum ar fi interfața alveolar-capilară și bariera sânge-creier, pentru a investiga livrarea de medicamente, precum și pentru a descoperi noi terapii.

Cipurile de organe pot fi, de asemenea, folosite pentru a cultiva un microbiom viu pentru perioade îndelungate, în contact direct cu celulele intestinale vii, pentru a permite cunoștințe cu privire la modul în care acești microbi influențează sănătatea și boala sau pentru a modela infecțiile pulmonare cu virusul gripal pentru a identifica vulnerabilitățile acestuia. De asemenea, acestea deschid noi posibilități pentru a investiga modul în care factorii de mediu precum fumul de țigară afectează sănătatea țesuturilor și fiziologia țesuturilor la pacienții individuali, așa cum se arată cu o mașină de fumat care imită precis comportamentul fumatului uman și impactul său asupra funcțiilor căilor respiratorii pulmonare umane prin respirația fumului de țigară direct în spațiul aerian al unui cip uman al căilor aeriene pulmonare.