Организм-на-чипе — одна из самых передовых концепций в биотехнологии, в перспективе позволяющая перейти к персонализированной медицине. Исследования в этой области активно ведут в России. Корреспондент РИА Новости поговорил с инженерами из МГТУ имени Баумана, работающими над созданием мозга-на-чипе.
Анатомический театр XXI века
Испытания лекарств — сложный и дорогостоящий процесс. Например, в 2019-м фармацевтические компании США потратили на это более 83 миллиардов долларов. Причем по статистике лишь 14 процентов протестированных препаратов получают одобрение американского Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA).
Перспективные препараты тестируют сначала на культурах клеток, затем — на животных. По некоторым оценкам, их требуется для этого почти 200 миллионов в год. Потом — несколько этапов клинических испытаний. И все равно то или иное лекарство может не подойти конкретному пациенту.
Все идет к персонализированной медицине. Тестировать препараты ученые предлагают на моделях организма человека. Берут клетки пациента, создают прообраз его мозга, сердца, печени в миниатюре и проверяют, годится ли ему лекарство. Звучит фантастически, однако такая технология уже существует. Это называется “орган-на-чипе” или “организм-на-чипе”.
В ячейки на чипе размером со смартфон поселяют живые клетки. Микроканалы позволяют смоделировать кровоток или обмен тканевыми жидкостями — например, лимфой. Все это помещают в специальную камеру, в которой поддерживают определенную температуру и газовый состав, прокачивают через чип питательные растворы, удаляют продукты метаболизма из ячеек.
Идея принадлежит Дональду Ингберу, основателю и директору Института биологической инженерии имени Уисса при Гарвардском университете. В 2010-м он с коллегами создал первое устройство такого рода — легкое-на-чипе. Его пронизывали двухуровневые каналы, разделенные пористой мембраной. Один отдел содержал слой клеток легкого и был заполнен воздухом, другой — слой клеток кровеносного сосуда, где циркулировала кровь. По микроканалам можно было подводить вредоносные бактерии или молекулы лекарства и отслеживать, что происходит.
Уже есть чипы, имитирующие работу почки, печени, кишечника, сердца. На очереди — мозг. Его защищает гематоэнцефалический барьер, сквозь который не проникают многие лекарства. Новая технология поможет определить, насколько эффективен в такой ситуации тот или иной препарат.
В перспективе ученые хотят создать целый организм-на-чипе, воспроизводящий систему всех жизненно важных органов. К примеру, в американском агентстве DARPA уже собрали на одном устройстве десять микрофизиологических моделей.
