Инженеры создали "сердце на чипе" для тестирования лекарств
Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли под руководством профессора Кевина Хили разработали "орган-на-чипе" — сеть пульсирующих клеток сердечной мышцы в силиконовом устройстве длиной около 2,5 см, моделирующую ткань человеческого сердца. Система показала свою эффективность как инструмент для скрининга лекарств.
Проблема животных моделей
Использование животных моделей для прогнозирования реакции человека на новые препараты имеет высокий процент неудач из-за фундаментальных биологических различий между видами. Например, ионные каналы в клетках сердца, на которые нацелены многие сердечно-сосудистые препараты, различаются по количеству и типу. Это приводит к дорогостоящим и неэффективным экспериментам. Разработка одного препарата в среднем стоит $5 млрд, причем 60% этой суммы — затраты на начальные этапы исследований.
Устройство "сердца-на-чипе"
- Клетки: Клетки сердца были получены из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека (iPSC).
- Дизайн: 3D-структура системы повторяет геометрию и расположение волокон соединительной ткани в человеческом сердце. Микрофлюидные каналы по бокам имитируют кровеносные сосуды, обеспечивая диффузию питательных веществ и лекарств.
- Функционирование: В течение 24 часов после загрузки в камеру клетки начинали самостоятельно биться с физиологической частотой 55–80 ударов в минуту.
Тестирование системы
Исследователи протестировали систему с четырьмя известными сердечно-сосудистыми препаратами: изопротеренолом, E-4031, верапамилом и метопрололом, отслеживая изменения частоты сокращений ткани. Реакции были предсказуемыми. Например, после получасового воздействия изопротеренола (лекарства от брадикардии) частота сокращений выросла с 55 до 124 ударов в минуту.
Перспективы
- Моделирование генетических заболеваний человека.
- Персонализированный скрининг реакции на лекарства.
- Изучение межорганных взаимодействий (например, связь сердца и печени для оценки токсичности метаболитов препарата).
- Инженерная сердечная ткань оставалась жизнеспособной и функциональной в течение нескольких недель, что позволяет проводить долгосрочные тесты.
"В конечном счете, такие чипы могут заменить использование животных для проверки безопасности и эффективности лекарств", — заявил Кевин Хили.