Микробиологи обсудили возможности создания человеческого организма на чипе

Для того чтобы эффективно защищать людей от опасных болезней, а также для разработки контрмер против биологического, химического и радиоактивного оружия необходимы клинические испытания на человеческом организме. Но в большинстве случаев такие исследования невозможны по этическим соображениям.

микробиологи обсудили возможности создания человеческого организма на чипе
«Органы на чипах», такие как эта модель лёгкого могут быть использованы для тестирования токсичных соединений и опасных патогенов

В 2007 году группа исследователей из Технического университета Берлина (Technische Universität Berlin), работающая под руководством Уве Маркса (Uwe Marx), предложила идею создания так называемых микробиореакторов. Это небольшие устройства — чипы — в которых функционируют миниатюрные клеточные модели различных органов и тканей, связанные между собой сетью микроканалов, имитирующих кровеносные сосуды.

Вслед за немецкими коллегами эту идею стали довольно успешно развивать учёные из России (Научно-технический центр «БиоКлиникум»), Японии и некоторых других стран. Но особенно масштабное государственное и частное финансирование получают подобные разработки в США.

Например, при поддержке Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) команда исследователей из Института Висса Гарвардского университета работает с моделью «костного мозга на чипе» для изучения последствий радиоактивного излучения, а также испытаний экспериментальных лекарственных препаратов.

«Это неэтично — подвергать людей воздействию облучения для имитации последствий событий «Фукусимы», но мы должны быть готовы», — обосновывает актуальность микробиореакторов руководитель проекта Дональд Ингбер (Donald Ingber), который стоял у истоков развития технологии в США.

На последней конференции Американского микробиологического общества, посвящённой биозащите и новым заболеваниям, широко обсуждались достижения и перспективы миниатюрных моделей отдельных органов и их комбинаций на чипе. (Ранее мы рассказывали о подобных технологиях подробно).

Специалисты пришли к общему мнению, что эта технология в будущем, возможно, позволит имитировать физиологию человека лучше, чем традиционные лабораторные испытания на клеточных культурах или даже на модельных животных. Но пока о полной замене животных на биочипы речи не идёт. Для этого необходимы технологии создания очень широкого спектра клеточных моделей и их объединения в целый организм.

В настоящее время учёные сосредоточены на решении с помощью микробиореакторов конкретных узкоспециализированных задач, например, в области исследования опасных патогенов. Существует ряд вирусов, о механизмах действия которых практически ничего не известно. Проблема их изучение обусловлена особой опасностью таких вирусов для человека.

В нынешней ситуации крайне сложно разрабатывать новые действенные лекарственные препараты против патогенов такого рода, и уж тем более проводить их испытания. А заражение модели органов может позволить наблюдать за экспрессией генов и изменением в метаболизме в реальном времени.

Так, на прошедшей конференции была представлена работа микробиологов из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории по изучению процесса заражения клеток сибирской язвой. В качестве модели выступали клетки лёгкого кролика, размещённые, как и природный аналог, на границе раздела фаз между воздухом и биологической жидкостью. В этом исследовании было заинтересовано Министерство внутренней безопасности США. Перед учёными в частности была поставлена задача определения минимального количества спор сибирской язвы, необходимого для вызова заболевания у человека.

Агентство по охране окружающей среды США планирует объявить в следующем месяце программу с бюджетом $18 миллионов, целью которой станет объединение в одной системе «печени на чипе» с моделями плодных оболочек, молочных желёз и развивающихся конечностей. Основной целью этого проекта станет изучение влияния загрязнителей окружающей среды, таких как диоксин и бисфенол А, на метаболизм в этих органах.

Если вспомнить об оружии массового уничтожения, то клеточные модели успешно проявили себя в исследованиях команды учёных из Университета Вандербильда (Теннесси). Физиолог Джон Уиксво (John Wikswo) и его коллеги смогли по особенностям метаболизма в клеточной модели различить такие яды, как рицин и ботулотоксин.

В сентябре 2011 года Барак Обама объявил о запуске программы по разработке новых технологий для тестирования лекарственных средств, которые будут быстрее и эффективнее существующих методов. Для решения этой задачи в декабре 2011-го был создан новый научно-исследовательский институт — National Center for Advancing Translational Sciences (NCATS). В частности, среди приоритетных задач института стоит разработка проекта «человек-на-чипе» и трудятся над разными его вариантами 11 групп учёных.

Доктор Уиксво шутливо называет такую систему Homo chippiens. Выражая общее мнение, учёный отмечает, что при всём размахе исследований в США, моделирование человеческого тела на чипе будет провести нелегко. Среди массы других задач специалистам предстоит решить проблему полноценной имитации крови, которая должна достигать многочисленные модели органов в правильном порядке, в нужном количестве и нести необходимые питательные вещества для каждой из них.

Ссылка на источник