3D-печатный Heart-on-a-Chip может предсказать эффективность фармацевтических препаратов
Исследователи надеются испытать эффективность фармацевтических препаратов на пациентах, не вводя лекарство пациентам, внедряя датчики в полностью трехмерное печатное сердце на кристалле.
Исследования, проведенные совместно двумя отдельными институтами Гарварда - Школой инженерных и прикладных наук им. Джона А. Полсона (SEAS) и Институтом биологической вдохновения в Виссе, привели к автоматизированному процессу, который может быстро скомпилировать настраиваемое сердцебиение, чип. Искусственный орган, который может использовать клетки у конкретных пациентов, использует встроенные датчики для радикального упрощения трудоемкого процесса сбора данных, таких как частота сердечных сокращений. Эти данные могут помочь исследователям в разработке более безопасных лекарств, а также могут помочь медикам предсказать, какие препараты подходят для отдельных пациентов.
В 3D-печатном сердце на кристалле используются встроенные датчики для измерения силы и частоты сердечных сокращений. Изображение предоставлено SEAS
Технология органа на кристалле
Органный кристалл (OC) представляет собой тип искусственного органа, который используется для имитации физиологического ответа органа. Эти трехмерные микрожидкостные устройства дают модель для исследования влияния лекарств и токсинов на органы человека. Хотя технология все еще находится в зачаточном состоянии, ученые надеются, что в один прекрасный день будет возможно разработать точную модель органов. Они также считают, что технология может исключить необходимость экспериментировать с животными. Как правило, тысячи животных убивают, чтобы проверить один препарат, и, к сожалению, результаты не могут действительно предсказать эффект препарата на человеческие органы.
Эти микрожидкостные устройства могут значительно ускорить исследования лекарственных средств и сделать анализ результатов испытаний намного проще. Сердце, легкие, почки, артерия, костный мозг и кожа - это ряд органов, которые ранее были смоделированы органом на кристалле.
Кроме того, технология OC обладает потенциалом для персонализированной медицины. Реплицируя генетические свойства конкретного пациента на тестовое устройство, ученые смогут более точно предсказать, какие препараты будут полезны, и найти более успешные решения.
Скриншот любезно предоставлен Йоханом У. Лиддом, Александром Валентином, Лори К. Сандерсом и Лией Берроуз через SEAS
Технология OC с встроенными датчиками
OC из Гарварда состоит из прозрачного гибкого полимера размером с карту памяти. Он включает некоторые полые трубки, которые соединены с живыми клетками. Чтобы предоставить органу более реалистичную среду, исследователи применяют механические силы, которые моделируют дыхательное движение легких.
У исследователей была ранее трехмерная ткань сердца; однако новая технология интегрирует датчики в чип. Эти датчики позволяют ученым контролировать реакцию ткани, такую как интенсивность сердечного ритма и ритма ритма с определенными интервалами, а также в течение длительного периода времени. Записывая показания датчиков, исследователи могут легко проанализировать влияние тысяч соединений на ткань.
Во время экспериментов с животными необходимо брать несколько образцов крови и иногда выполнять операции, новый ОК дает мгновенную обратную связь о сократительной силе мышц и других ответах на наркотики и обстоятельства.
Тестирование одного препарата через клинические исследования - это не только много времени, но и очень дорого. По данным Института Висса, процедура может занять годы и обойтись более чем в 2 миллиарда долларов.
Как отмечает Йохан Ульрик Линд, занимающийся исследованиями и первый автор опубликованной статьи, отмечает, что можно воспроизвести генетический профиль пациента, страдающего от сердечной проблемы. С этой целью ученые могут извлекать стволовые клетки из клеток кожи пациента и использовать их для создания сердечных клеток. Теперь сердечные клетки, которые по-прежнему достигают генетических характеристик пациента, могут использоваться в сердце на кристалле. Таким образом получается точная модель характеристик пациента.
По словам Кит Паркер, соавтора исследования и профессора биоинженерии и прикладной физики, новый подход к микрообработке является большим шагом в достижении исследований в области тканевой инженерии, токсикологии и скрининга лекарственных средств in vitro.
Результаты этого исследования опубликованы в журнале Nature Materials.
Рекомендуемое изображение любезно предоставлено Johan U. Lind, Alex D. Valentine, Lori K. Sanders и Leah Burrows через SEAS.