Organe umane pe cipuri

Microcipuri cu celule umane vii care ar putea revoluționa dezvoltarea de medicamente, studierea bolilor și medicina personalizată.

Studiile clinice necesită ani întregi și testarea unui singur compus poate costa mai mult de 2 miliarde de dolari. În acest timp, nenumărate vieți de animale sunt pierdute, iar procesul nu reușește adesea să prezică răspunsurile umane, deoarece animale de laborator nu imită perfect fiziopatologia umană. Din aceste motive, există o mare nevoie de a descoperi moduri alternative pentru studierea bolilor umane in vitro pentru a accelera dezvoltarea de noi medicamente și chiar pentru a elabora medicamente personalizate.

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 reproduc microarhitectura și funcțiile organelor umane vii, inclusiv plămânul, intestinul, rinichiul, pielea, măduva osoasă și bariera hemato-encefalică, printre altele. Aceste microdevice-uri, denumite „Organ-Chips”, oferă o alternativă potențială la testarea tradițională pe animale.

Fiecare chip este compus dintr-un polimer clar, flexibil, cu dimensiunea unui stick de memorie pentru computer, care conține canale microfluidice goale, căptușite cu celule specifice unor organe umane, învelite cu o reţea vasculară artificială căptușită cu celule endoteliale umane. În plus pot fi aplicate forțele mecanice pentru a imita microclimatul fizic al organelor vii, inclusiv mișcări de respirație în plămâni și mişcări asemănătoare celor peristaltice în intestin. Aceste cipuri sunt în esență secțiuni tridimensionale ale unităților funcționale majore ale organelor vii întregi. Deoarece sunt translucide, acestea oferă o fereastră pentru observarea funcționării interioare a celulelor umane în țesuturile vii, într-un context relevant pentru organ.

„Am avansat în privinţa microingineriei realizate în laboratorul nostru academic și, în doar câţiva ani, am transformat-o într-o tehnologie care este acum pregătită să aibă un impact major asupra societății.” – Donald Ingber

Având capacitatea 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 pot imita stările de boală specifice omului, precum și identificarea in vitro de noi ţinte către care să se adreseze mijloacele terapeutice. Ele de asemenea recreează interfețe importante din punct de vedere terapeutic, cum ar fi interfața alveolar-capilară și bariera hemato-encefalică, pentru a investiga penetrarea medicamentelor, 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 celule intestinale vii, pentru a permite studierea modului în care acești microbi influențează sănătatea și boala, sau pentru a reproduce infecții 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 și fiziologia țesuturilor la diferiţi pacienți. Cu ajutorul unei mașini de fumat care imită precis obiceiurile umane legate de fumat, este observat impactul acestuia asupra funcțiilor căilor respiratorii pulmonare umane, prin „respirarea” fumului de țigară direct în spațiul aerian al unui chip ce reproduce plămânul uman.

Citiţi şi:

Cu un CIP în creier: Implanturi de inteligență artificială testate pe oameni pentru combaterea bolilor psihice și neurologice 

Oamenii de ştiinţă au inventat particula de oxigen care, dacă este injectată, permite continuarea vieţii în absența respirației 

yogaesoteric
4 noiembrie 2019