Цивилизация
Исследователи из Массачусетского технологического института разработали новую методику выращивания небольших колоний живых клеток человеческой печени, с помощью которых можно моделировать поведение полноценно органа. Эта методика может в будущем позволить медикам усовершенствовать методики оценки вреда новых лекарств, наносимого печени человека.
Токсичность по отношению к печени — одна из главных причин отзыва медикаментов из продажи. Потенциально опасные лекарства всегда проходят проверку на токсичность в клинических и предклинических испытаниях, однако в наши дни такие тесты осуществляются на крысах, реакции которых не всегда идентичны человеческим. Применяются в испытаниях и умирающие клетки человеческой печени, однако в лабораторных условиях они выживают всего в течение нескольких дней, так что на результаты тестов не всегда можно положиться.
Новая технология позволяет распределить живые клетки человеческой печени в маленькие колонии на инертной подложке всего полмиллиметра в диаметре.
Такой массив колоний — настоящая «микропечень». В большинстве случаев она ведёт себя как цельный орган и живет в лабораторных условиях до 6 недель.
Сангита Бхатия и Салман Кетани из Массачусетского технологического института доложили о своих достижениях в выпуске Nature Biotechnology, опубликованном online 18 ноября.
Для построения своего модельного массива исследователи использовали технологию создания микрообъектов на поверхности, которая повсеместно используется в микроэлектронике для нанесения дорожек медных проводников на печатные платы. Эта технология позволила ученым с высокой точностью разместить на подложке не только клетки печени, но и различные клетки другого типа, необходимые для нормального функционирования модели.
«Микропечень», построенная с таким уровнем точности, детально повторяет поведение органа. Например, каждая отдельная ячейка модели, построенная из клеток печени и дополнительных клеток, вырабатывает белок альбумин, содержащийся в крови, мочевину и ферменты для разложения лекарств и ядов.
Чтобы удостовериться, что модель работает идентично целому органу, ткани которого выполняют более пятисот различных функций, ученые также изучили особенности экспрессии генов в тканях этой структуры. Сопоставив их с параметрами свежевыделенных клеток человеческой печени, ученые обнаружили практически полное соответствие, что и дало им возможность говорить о схожести в поведении «микропечени» и настоящего органа в остальных процессах.
Это открытие позволяет применять модель для изучения отклика печени на те или иные лекарства без необходимости клинических испытаний с участием людей.
И хотя для вывода нового лекарства на рынок такие опыты придётся провести, многие небезопасные препараты до этой стадии не доберутся.
Кроме того, длительность жизни каждой такой системы позволит в будущем разработать новые методики тестирования лекарств на совместимость с человеческими органами. Например, можно будет разработать тест, имитирующий процесс длительного принятия небольших доз лекарства, или оценить коллективное влияние на организм одновременно нескольких различных лекарств.
Однако главным достоинством новой модели является её простота. Внедрить орган в массовое производство, сделав модель рутинным инструментом фармацевтов, очень легко: процесс выращивания такой «микропечени» основан на хорошо отработанной технологии мягкой литографии.
Салман Кетани использовал шаблоны, каждый из которых содержит массив из 24 углублений, в каждом из которых располагается матрица из 37 микроскопических отверстий. С помощью такого шаблона Кетани в считанные минуты формировал массив из 888 миниатюрных колоний клеток в каждом из отверстий. Потом в те же самые отверстия можно поместить дополнительные клетки, поддерживающие жизнедеятельность колоний, лекарственные препараты и тому подобное.
В модельных экспериментах с препаратами известной токсичности такая структура «микропечени» позволила довольно быстро получить данные об уровне токсичности того или иного лекарства, согласующиеся с заранее известными.
Данная модель подразумевает использование замороженных клеток печени. Еще одним конкурентным преимуществом «печени на платформе» является скорость анализа того или иного лекарства — данные о токсичности препаратов могут быть получены на ранней стадии исследования в отличие от существующих методик, что позволяет сделать анализы более дешевыми.