211service.com
Organ-on-a-chip efterligner dødbringende lungetilstand
Forskere ved Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering på Harvard University har vist, at deres lunge-på-en-chip-teknologi kan efterligne en livstruende lungetilstand. De rapporterer også, at forskere kan afdække nye aspekter af sygdommen ved hjælp af lungechippen, som ikke ville blive fundet med dyreforsøg.
Lab lunger: Væske og luft pumpes ind i de forskellige kanaler i denne lunge-på-en-chip for at efterligne menneskelig lungefunktion
Det undersøgelse , offentliggjort i dagens Videnskab translationel medicin , er den første definitive demonstration af, at instituttets organ-efterlignende chips, som omfatter en tarm, et hjerte og en nyre (se Building an Organ on a Chip), kan bruges til at modellere en sygdom og endda teste kandidatlægemidler.
Lunge-på-en-chip-enheden er en klar, fleksibel polymerblok på størrelse med tommelfingeren perforeret af to bittesmå kanaler adskilt af en tynd membran. Luft strømmer gennem en kanal, som er foret med menneskelige lungeceller; en næringsrig væske, der fungerer som bloderstatning, strømmer gennem den anden, som er beklædt med blodkarceller. Et vakuum påført chippen flytter kanalerne for at genskabe den måde, menneskets lungevæv fysisk udvider sig og trækker sig sammen, når de trækker vejret.
Undersøgelsen, ledet af Wyss Institute-stipendiat Dongeun Huh, fokuserede på lungeødem, en tilstand, hvor væske og blodpropper fylder lungerne. Det kan være forårsaget af hjertesvigt såvel som bivirkninger af et almindeligt kræftlægemiddel. Forskerne sprøjtede kræftlægemidlet ind i den blodkar-lignende kanal og fandt ud af, at væske og blodplasmaproteiner lækkede over membranen ind i luftkanalen, svarende til lægemidlets bivirkning hos patienter.
Dette førte til to overraskende opdagelser, siger studiemedforfatter og Wyss ledende stabsforsker Geraldine Hamilton. Den ene var, at immunsystemet, som ikke var repræsenteret i chippen, ikke var forpligtet til at forårsage lækagebivirkningen, som man tidligere havde troet. For det andet fandt holdet ud af, at når de tændte for vakuumsystemet for at skabe åndedrætslignende bevægelser, forværredes lækagen, et andet ukendt aspekt af lungeødem.
Forskerne viser også, at en GlaxoSmithKline-lægemiddelkandidat kunne forhindre lækagen i chipsystemet (GSK-forskere var også medforfattere på Wyss-undersøgelsen). I en separat undersøgelse i samme nummer af Videnskab oversættelsesmedicin, GSK-forskere demonstrerer hos mus med hjertesvigt, at deres lægemiddel kan reducere lungeødem, hvilket hjælper med at validere chipsystemet, siger Hamilton. Virkeligheden er, at dyr vil blive påkrævet til kliniske forsøg i mange år fremover, men det flytter os et skridt tættere på at finde alternativer, siger hun.
Der er skeptikere. Organ-på-chip-systemer mangler det typiske miljø, som et organ ville blive udsat for, såsom de forskellige hormoner og andre molekylære signaler, der konstant cirkuleres i hele kroppen af en organisme, siger Michael Hayward, en ledende videnskabsmand ved Cranbury, New York. Jersey-baseret life science-virksomhed Taconic . Hayward, som har specialiseret sig i at udvikle dyremodeller for menneskelig sygdom, bemærker også, at de fleste sygdomme involverer mange organer, og at forstå, hvordan forskellige organer interagerer for at forårsage en sygdomstilstand, ville være uden for rækkevidde af en enkelt organ-efterlignende enhed.
Hamilton anerkender, at både industrien og regulatorer vil have masser af validering af organ-on-chip-teknologien, før de bruger den som et alternativ til dyr, men de potentielle fordele ved chip-teknologien er tydelige i dagens undersøgelse, siger hun. Ikke kun efterligner vi klinisk respons, men vi fandt også ud af noget nyt. Dette er et indblik i de virkninger, det kan have på lægemiddelopdagelse og -udvikling i fremtiden, siger hun. Ikke alene kunne du erstatte dyret, men du får yderligere indsigt.
Og en dag begynder de måske at adressere Haywards og andres bekymringer om deres enheders isolerede karakter. Vores ultimative mål, som er højrisiko, er ikke kun at udvikle sygdomsmodeller, men at udvikle en integreret krop-på-en-chip, hvor vi kan begynde at forbinde disse organer og flytte os et skridt tættere på at efterligne hele den menneskelige reaktion, hun siger.