Testování léku pomocí kroku "srdce na cipu" blíze

Vývoj léciv je nákladným a zdlouhavým podnikáním, který nepomáhá skutecnost, ze v testování drog je vysoká míra selhání kvuli spoléhání se na modely zvírat. Zivocisná biologie není ideální náhradou lidské biologie, ale dokud se neco lepsího neobjeví, je to vse, co máme. Nyní nová studie naznacuje, ze metoda organ-on-a-chip muze nabídnout ideálnejsí model.
Vedci se domnívají, ze orgán na cipu muze jednoho dne nahradit pouzívání zvírat pri testování léku.
Image credit: Anurag Mathur, Healy Lab, UC-Berkeley

Vedoucí studie Kevin Healy, profesor bioinzenýrství na Kalifornské univerzite v Berkeley, ríká:

"V prumeru trvá priblizne 5 miliard dolaru na vývoj drogy a 60% z této hodnoty pochází z nákladu predem ve fázi výzkumu a vývoje. Pouzití dobre navrzeného modelu lidského orgánu by mohlo významne snízit náklady a cas, nové drogy na trh. "

Jelikoz zhruba tretina kandidátských drog, které jsou vyhozeny, jsou ty, které mají zrejme spatný úcinek na srdce, prof. Healy a kolegové se rozhodli navrhnout model zalozený na lidském srdci.

Dosli k záveru, ze jejich práce je významným krokem vpred pri vývoji rychlejsích a presnejsích zpusobu testování bezpecnosti léku. Profesor Healy se domnívá, ze:

"Nakonec by tyto cipy mohly nahradit pouzívání zvírat pro testování léku na bezpecnost a úcinnost."

Ve své studii popisují, jak model vymysleli a testovali pomocí kardiovaskulárních léku.

"Heart-on-a-chip" obsahuje sít pulzujících bunek srdecního svalu

Model lidského srdce, který prof. Healy a kolegové vymysleli, je "srdce na cipu", které obsahuje centimetrové silikonové zarízení s tenkou sítí pulzujících bunek srdecního svalu.

V casopise Vedecké zprávy, tým ríká, ze jejich srdce na cipu, které nazývají "kardiální mikrofyziologický systém (MPS)", je ideálním nástrojem pro testování toxických vedlejsích úcinku nových léku na lidské srdce, protoze klístat ctyri dulezité krabice:

1. Pouzívá bunky, které mají lidské geny
2. Bunky jsou zarovnány zpusobem, který odrází strukturu lidské srdecní tkáne
3. Napodobuje dynamiku prutoku krve v tkánovém centru
4. Muze být pouzita pro biologickou, elektrofyziologickou a fyziologickou analýzu.

Autori poznamenávají, ze pouzívání zvírecích modelu k predpovedi reakcí cloveka na drogy casto selhává kvuli zásadním rozdílum v biologii mezi druhy. Napríklad iontové kanály, které vedou elektrické pulsy, které odesílají srdecní bunky, se mohou lisit v poctu a typu mezi zvíraty a lidmi.

"Mnoho kardiovaskulárních léku se zameruje na tyto kanály, takze tyto rozdíly casto vedou k neúcinným a nákladným experimentum, které neposkytují presné odpovedi na toxicitu léku u lidí," vysvetluje profesor Healy.

Zarízení je osídleno pomocí srdecních bunek vyrobených z lidských pluripotentních kmenových bunek

Srdce na cip je vyrobeno z bunek srdce vytvorených z lidských pluripotentních kmenových bunek - dospelých kmenových bunek, které mohou být koaxiálne rozliseny na ruzné typy tkání.

Srdce na cip má 3D geometrii a vzdálenost, která je srovnatelná s vláknem pojivové tkáne v lidském srdci. Vedci pak obsadili vrstvy diferencovaných bunek srdce, které byly v omezené geometrii nuceny vyrovnat se jedním smerem.

Mikrofluidní kanály na obou stranách oblasti s bunkami mají podobnou funkci jako krevní cévy a napodobují stejnou dynamiku výzivy a léku difundujících z cév do lidské tkáne.

Takové usporádání by také mohlo slouzit jako model toho, jak se bunky zbavují svých odpadních produktu, poznamenávají autori.

Vedoucí autor Dr. Anurag Mathur, postdoctorální ucenec v Healyove laboratori a clen Kalifornského institutu pro regeneracní medicínu, vysvetluje:

"Tento systém není jednoduchou bunecnou kulturou, kde se tkáne kourí v statickém kouri kapaliny. Tento systém jsme navrzili tak, aby byl dynamický, replikuje, jak se tkán v nasem tele skutecne vystavuje zivinám a drogám."

Heart-on-a-chip testováno se ctyrmi léky a reagovalo podle ocekávání

Autori vysvetlují, jak do 24 hodin po zaplnení prístroje srdcovými bunkami vytvorila inzenýrská srdecní tkán samostatne pri normální rychlosti 55-80 úderu za minutu.

Tým testoval ctyri známé kardiovaskulární léky na zarízení: isoproterenol, E-4031, verapamil a metoprolol. Pouzívaly zmeny v pulzní rychlosti tkáne k merení odezvy na léky.

Zmeny pulzní rychlosti byly podle ocekávání u léku. Napríklad po pul hodine, kdy byl vystaven isoproterenolu - léku pouzívanému k lécbe pomalé srdecní frekvence nebo bradykardie - se pulzová frekvence srdce na cipu zvýsila z 55 na 124 tepu za minutu.

Následující video ukazuje, ze srdecní bunky normálne porázely a poté porázely pod vlivem isoproterenolu:

Prístroje pro testování s více orgány mohou mít stovky mikrofiziologických bunecných systému

Navrzená tkán zustala zivotaschopná a pracovala nekolik týdnu. Takový casový limit je dostatecný pro testování nekolika ruzných léku, ríká prof. Healy.

On a jeho kolegové nyní zkoumají, zda lze tuto metodu pouzít k modelování interakcí s více orgány. Prof. Healy poznamenává:

"Spojení srdce a jaterní tkáne by nám umoznilo zjistit, zda lék, který zpocátku funguje dobre v srdci, muze být pozdeji metabolizován játry zpusobem, který by byl toxický."

Tým predjímá "rozsáhlé osvojení" organu na cipu pro screening a modelování nemocí a predvídá zarízení obsahující stovky mikrofiziologických bunecných systému.

Projekt je financován prostrednictvím iniciativy Tissue Chip for Drug Screening Initiative, která je podporována Národními institucemi zdravotnictví.

V ríjnu 2014, Zdravotní novinky dnes se dozvedela, jak univerzita v Kansasu vede vývoj laboratorního cipu, který slibuje zjistení rakoviny plic - a mozná dalsích smrtelných typu rakoviny - mnohem dríve. Tato metoda, která pouzívá pouze malou kapku krve pacienta, je také zalozena na technologii mikrofluidu. Analyzuje obsah exosomu - malé vaky s molekulami, které bunky uvolnují znovu a znovu.

Pomalý rust mozku u malých detí spojených s depresí behem tehotenství

Nedávná studie provedená Dr. Hananem El Marrounem, vedeckým výzkumníkem v detské nemocnici Erasmus MC-Sophia a publikovaná v Archivu obecné psychiatrie, odhaluje, ze deti, jejichz matky jsou depresivní behem tehotenství, mají vetsí sanci na rust pomaleji nez u ostatních detí, coz vede k tomu, ze hlava a telo vykazují zpomalený rust.

(Health)

"Zlatá hodina" zachranuje zivoty amerických vojáku

Cas je nezbytný pro prezití kriticky zranených obetí. Ztráta casu prenosu z bitevního pole do nemocnice - koncept známý jako "zlatá hodina" - vedl k vyssí míre prezití pro vojáky v Afghánistánu, podle nové studie zverejnené v JAMA Surgery. Doprava do nemocnice za hodinu muze zachránit zivoty vojáku, objevují se nové výzkumy.

(Health)