Mikroczip, który choruje jak człowiek po to, by lepiej nas leczyć

Istnieje wiele obiecujących leków, po których zwierzęta z laboratorium wychodzą z wielu chorób i na które reagują dobrze wyhodowane ludzkie komórki. Jednakże, podczas wielu przeprowadzanych prób klinicznych, w większości przypadków nie są one dostarczane człowiekowi z powodu braku efektywności.

Takie sytuacje zniechęcają bardzo firmy farmaceutyczne inwestujące dużo czasu i pieniędzy w projekty, które nigdy nie ujrzą światła dziennego.

Naukowcy szukają więc nowych, bardziej precyzyjnych i etycznych modeli. Amerykański Narodowy Instytut Zdrowia (NIH) zdecydował się wesprzeć nowe technologie mające za zadanie wyprodukować organy syntetyzowane przez mikroczipy. W swoim budżecie przewiduje przeznaczyć 70 milionów dolarów (55 milionów euro) na 5 lat dla różnych laboratoriów pracujących nad tym projektem, pośród których sam Instytut Wyss ze sławnego Uniwersytetu Harvarda dostanie 37 milionów.

Wysokie koszty powinny jednak zaowocować, bo już dwa lata po zainicjowaniu tego projektu, naukowcy z Instytutu Wyss otrzymali pierwsze rezultaty, które prezentują w czasopiśmie Science Translational Medicine. Wyprodukowany przez nich mikroczip może być ofiarą obrzęku płuc, tak samo jak człowiek. Charakteryzuje to postęp w dziedzinie „mikrofluidów”, a doświadczenie przynosi więcej informacji o występowaniu choroby.

Sztuczne płuco wyprodukowane z plastiku i komórek

W czipie z plastikowych polimerów nie ma obwodu drukowanego, ale dwa wąskie kanały, oddzielone cienką błoną, giętką i porowatą tak, żeby uzyskać dwa przedziały. W jednym z nich krąży powietrze, czyli dokładnie tak jak to się dzieje w płucu. Jest on ograniczony przez komórki płucne umieszczone na wewnętrznej stronie membrany.

Z drugiej strony krąży płyn podobny do krwi, z komórkami naczyń krwionośnych, który połączony jest z membraną tak, aby dokładnie odwzorować powierzchnię wymiany w płucu.

Z jednej i z drugiej strony, znajdują się puste przestrzenie, w których naukowcy wytwarzają powietrze, żeby naśladować ruchy związane z oddychaniem.

Celem było odtworzenie takiej samej sytuacji jak w przypadku obrzęku płuc, zgodnie z którą część krwi przedostaje się do płuc, ograniczając w ten sposób oddychanie, co może prowadzić do śmierci.

Mikroczip pozwala nam dowiedzieć się więcej o obrzęku płuc

Żeby wywołać ten efekt, naukowcy musieli odnieść się do naturalnego związku występującego w organizmie człowieka, używanego też w niektórych chemioterapiach – interleukiny 2 (IL 2). Wśród efektów ubocznych, które wywołuje, znajdują się również obrzęki w obrębie płuc. Na potrzeby badania, normalne dawki podawane pacjentom były wstrzykiwane do układu krążenia w czipie, w odstępach czasu dokładnie odpowiadających zwykłemu leczeniu.

Podobnie jak u człowieka, IL 2 wywołała przedostanie się płynu do przedziału naśladującego worek płucny. Niektóre białka krwi zgromadziły się nawet, tworząc skrzep, czyli w taki sam sposób, jak to się dzieje w sytuacji patologicznej. Naukowcy odtworzyli więc obrzęk płuc.

Co interesujące, naukowcy wykazali, że strumień powietrza imitujący oddychanie zwiększył trzy razy przedostawanie się płynu do płuca. Nikt nie podejrzewałby nigdy roli naturalnego odruchu jakim jest oddychanie w zwiększeniu obrzęku. Po weryfikacji in vivo ten sam proces wytworzył się też u zwierzęcia.

Królik doświadczalny przyszłości?

W nadchodzących latach, naukowcy mają nadzieję na wykorzystanie tego urządzenia w legalizacji leków, zastępując nim kultury komórek i zwierzęta laboratoryjne. Może być też używane w innych badaniach tj. ocena produktów kosmetycznych, zanieczyszczeń, żywności, albo żeby jeszcze lepiej zrozumieć niektóre choroby.

Zanim jednak do tego dojdzie, naukowcy z Instytutu Wyss muszą nawiązać kontakt z agencjami zdrowia, żeby określić ogół kryteriów dla mikroczipów przed wypuszczeniem ich na rynek, a to będzie niestety wymagało czasu.