Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου σχεδίασαν ένα πρωτοποριακό “body- on-chip” (οργανοειδές) που μιμείται τέλεια τον τρόπο με τον οποίο ένα φάρμακο ρέει στο σώμα ενός ασθενούς.
Η πλαστική μικροσυσκευή σημαίνει ότι οι επιστήμονες μπορούν να δοκιμάσουν φάρμακα σε διαφορετικά όργανα για να δουν πώς αντιδρούν, χωρίς να απαιτείται δοκιμή σε πειραματόζωα. Τις τελευταίες δεκαετίες, οι εξελίξεις στη νανοτεχνολογία, τη μικροκατασκευή και τις τεχνικές κυτταρικής βιολογίας έχουν επιτρέψει την ανάπτυξη μικροφυσιολογικών συστημάτων (MPS) που ονομάζονται μοντέλα Organ-on-a chip (OOC) ή Body-on-a- chip (BoaC) όταν περιλαμβάνονται πολλά όργανα στην ίδια πλατφόρμα ή τελευταία Human-on-a-chip (HoaC).
Πιο συγκεκριμένα, μικρο-ψηφίδες (μικροτσιπ) που διαθέτουν κανάλια/ θαλάμους της τάξης 1 μικρομέτρου μέχρι μερικών χιλιοστών για μεταφορά υγρών/ διαλυμάτων, προσφέρουν τη δυνατότητα μικροσκοπικής αναδημιουργίας ανθρώπινων οργανοειδών, δηλαδή μίνι οργάνων μεγέθους συνήθως 1-3 χιλιοστών.
Μικροσκοπικές εκδοχές ήπατος, πνευμόνων, νεφρών και άλλων ζωτικών οργάνων κατασκευάζονται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να αναπαράγουν ορισμένες από τις βασικές λειτουργίες των ανθρώπινων ομολόγων τους, όπως για παράδειγμα, τις αναπνευστικές κινήσεις ή τις μυϊκές συσπάσεις κυττάρων.
Οι μικρο-ψηφίδες μπορούν επίσης να διασυνδέουν δύο, τρία ή και τέσσερα οργανοειδή και, μετά τη διοχέτευση φαρμάκων σε αυτές δοκιμαστικά, να επιτρέπουν στους επιστήμονες να παρατηρούν τον τρόπο που οι ουσίες αλληλεπιδρούν με αυτά τα μιμητικά ανθρώπινα όργανα. Η συσκευή του Εδιμβούργου είναι η πρώτη του είδους της στον κόσμο που δημιουργήθηκε με τη χρήση τρισδιάστατου εκτυπωτή.
Τα πέντε διαμερίσματα του οργανοειδούς αντιγράφουν την ανθρώπινη καρδιά, τους πνεύμονες, τα νεφρά, το συκώτι και τον εγκέφαλο και συνδέονται με κανάλια που μιμούνται το ανθρώπινο κυκλοφορικό σύστημα, μέσω των οποίων μπορούν να αντληθούν νέα φάρμακα.
Η συγκεκριμένη πλαστική διάταξη χρησιμοποιεί σάρωση τομογραφίας εκπομπής ποζιτρονίων (PET) για να παράγει λεπτομερείς τρισδιάστατες εικόνες που δείχνουν τι συμβαίνει μέσα στα μικροσκοπικά όργανα.
«Οι εικόνες PET είναι αυτό που μας επιτρέπει να διασφαλίσουμε ότι η ροή των νέων φαρμάκων που δοκιμάζονται είναι ομοιόμορφη», δήλωσε στον Guardian ο Liam Carr, ο εφευρέτης της συσκευής.
Η σάρωση PET περιλαμβάνει την έγχυση μικροσκοπικών ποσοτήτων ραδιενεργών ενώσεων στο οργανοειδές για τη μετάδοση σημάτων σε μια εξαιρετικά ευαίσθητη κάμερα, επιτρέποντας στους επιστήμονες να αξιολογήσουν καλύτερα την επίδραση νέων φαρμάκων.
«Αυτή η συσκευή είναι η πρώτη που σχεδιάστηκε ειδικά για τη μέτρηση της κατανομής των φαρμάκων, με ομοιόμορφη ροή σε συνδυασμό με διαμερίσματα οργάνων που είναι αρκετά μεγάλα ώστε να δειγματίζεται η πρόσληψη φαρμάκου για μαθηματική μοντελοποίηση.
Ουσιαστικά, μας επιτρέπει να δούμε πού πηγαίνει ένα νέο φάρμακο στο σώμα και πόσο καιρό παραμένει εκεί, χωρίς να χρειάζεται να χρησιμοποιήσουμε άνθρωπο ή ζώο για να το δοκιμάσουμε».
Ο Carr πρόσθεσε: «Η πλατφόρμα είναι εντελώς ευέλικτη και μπορεί να είναι ένα πολύτιμο εργαλείο για τη διερεύνηση διαφόρων ανθρώπινων ασθενειών, όπως ο καρκίνος, οι καρδιαγγειακές παθήσεις, οι νευροεκφυλιστικές ασθένειες και οι ασθένειες του ανοσοποιητικού. Λόγω αυτής της ευελιξίας, οι χρήσεις δεσμεύονται μόνο από τη διαθεσιμότητα αυτών των μοντέλων κυττάρων και από τα επιστημονικά ερωτήματα που μπορούμε να σκεφτούμε.
Για παράδειγμα, θα μπορούσαμε να έχουμε ένα μοντέλο λιπώδους ηπατικής νόσου στη συσκευή και να το χρησιμοποιήσουμε για να δούμε πώς το άρρωστο ήπαρ επηρεάζει άλλα όργανα όπως την καρδιά, τον εγκέφαλο, τα νεφρά κ.λπ. ή πως οι ασθένειες μπορούν να επηρεάζουν η μία την άλλη».
Οι ερευνητές εκτιμούν πως η σύνδεση πέντε οργάνων μαζί σε μια συσκευή θα βοηθήσει τους επιστήμονες να μελετήσουν αποτελεσματικά πώς ένα νέο φάρμακο μπορεί να επηρεάσει ολόκληρο το σώμα ενός ασθενούς.
