Новости

Группа исследователей из Гарвардского университета разработали полимерный чип, содержащий клетки человека, на котором моделируется отек легких. С помощью разработанной модели, появляется возможность испытания новых препаратов на доклиническом этапе.

Модель под названием «легкие на чипе» создана в лаборатории Института биоинженерии имени Висса – учреждения, входящего в состав Гарвардского университета в США.

По своей структуре, чип состоит из  прозрачного и гибкого полимера, и имеет форму параллелепипеда, содержащего 2 канала, между которым находится тонкая пористая мембрана. Эта мембрана покрыта с одной стороны альвеолоцитами –клетками легких, и с другой стороны покрыта эндотелиоцитами – клетками стенки кровеносных сосудов. Данное строение мембраны полностью повторяет строение мембраны аэрогематического баръера легких человека. По нижнему каналу циркулирует жидкость, моделируя кровоток легких. По верхнему каналу, представляющему собой модель нижних дыхательных путей, распространяются потоки воздуха. С помощью подсоединенного вакуум-насоса, обеспечиваются процесс  вдоха-выдхоа на клеточном уровне – то есть сжатие и расширение легочной ткани.

В случае отека легких наблюдается проникновение жидкой части крови за пределы просвета сосудов, как правило, распространяясь в интерстициальную (межклеточную) ткань и нижние дыхательные пути. В здоровом организме, жидкость из интерстициального пространства выводится лимфатическими капиллярами и сосудами. При отеке легких лимфатическая система не может обеспечить отток жидкости.

Американские ученые провели на модели эксперимент с использованием противоопухолевого лекарственного препарата – интерлейкина-2 (сокращенно ИЛ-2, IL-2). Данный препарат способен вызвать отек легких. Введение препарата в нижний канал чипа («кровеносные сосуды») в определенной дозе привело к выходу жидкости в верхний канал. Таким образом, в ходе эксперимента была доказана биоаналогичность модели легких.

Благодаря моделированию на чипе, ученые выявили ряд открытий, подтвержденных впоследствии в ходе экспериментов на животных:

- иммунная система не участвует в процессе развития отека легких, вызванного действием интерлейкина-2;

- в случае активизации процесса дыхания при отеке легких, более чем в 3 раза увеличивается количество жидкости, покидаюшей русло кровеносных сосудов и направляющейся в интерстиций.

Ученые намерены применить чип легких для доклинического испытания новых лекарственных препаратов in vitro – то есть вне организма. В ходе доклинических исследований ученые выделяют лекарственные препараты, активные в отношении патологического процесса, которые изучаются экспериментально на животных, а затем в клинических исследованиях 4 фаз с участием добровольцев-людей.

В Институте биоинжерении Висса разрабатываются чипы также таких органов, как сердце, кишечник, почки. По мнению ученых, точность исследований на чипе значительно превышает точность исследования с применением  тканевых культур клеток или экспериментальных исследований на животных. Во многих случаях, побочные реакции фармпрепарата выявляют только на человеческом организме, что также ставит под угрозу здоровье добровольцев-испытателей в ходе клинических исследований лекарств. Введение в практику чипов, содержащих клетки человека, позволит решить подобные проблемы.

Открытие ученых описано в научной статье, опубликованной в Science Translational Medicine.