Когда создают какое-либо лекарство, то его нужно проверять на живом объекте, и прежде всего это клеточные культуры. Но клетки, пусть и в «коллективе», все же сильно отличаются от полноценного организма, органа и ткани. Для более конкретных результатов нужно провести испытания на животных и на людях. Но у них невозможно проследить все процессы, которые происходят у них в организме.
Так как организм – система очень сложная, то бывает трудно понять, из-за каких процессов произошли изменения – из-за воздействия вещества на изучаемый орган, или от косвенного влияния других факторов.
В последнее время исследователи все чаще используют либо органоиды – очень маленькие подобия тех или иных органов, выращенные из стволовых клеток, либо так называемые органы на чипах.
Органоиды воспроизводят какой-то элемент структуры органа. Такие микроорганы сильно похожи на настоящие, но с ограниченными размерами и ограниченной функциональностью.
Органы на чипе делают иначе: клетки высаживают на какой-то сложноустроенный чип, который сделан так, чтобы вместе с клетками имитировать некий биологический процесс. Например, есть органа на чипе – это кишечник. Нельзя сказать, что раньше таких кишечных чипов не появлялось, однако, другие чипы не учитывают несколько важных особенностей кишечного эпителия.
Кишечник, по сути, трубка со всасывающими стенками, и кишечный чип – это очень много микротрубочек-микроканальцев, выстланных эпителиальными клетками кишки. По трубкам идут разные растворы с разными веществами, и можно наблюдать, как клетки на них реагируют. Они должны не только переправлять нужные вещества в кровь и лимфу, но еще и служить барьером против ненужных веществ. Если эпителиальный барьер плохо функционирует, то появляется такая проблема, как проблема со здоровьем, и как раз такие микропробои на клеточном уровне очень удобно наблюдать на чипах.
В настоящем кишечнике клетки контактируют не только друг с другом, но и с внеклеточным матриксом. Матрикс служит клеткам для опоры, через него они обмениваются разными химическими сигналами, от него же во многом зависит их способность правильно реагировать на химические сигнальные молекулы.
Новая модель кишечного чипа отличается от прежних как раз тем, что в ней клетки в каналах чипа сидят на особой гелеобразной массе, имитирующей внеклеточный матрикс. Кроме того, слой клеток формируется в потоке питательной среды, под действием гидродинамических сил, подобно тому, как это происходит в самом кишечнике.
На одном таком чипе расположены целых 357 кишечных микротрубок, так что тут можно проверить на совместимость с кишечником довольно много различных соединений одновременно. Но когда испытывают потенциальные лекарства, важно знать не только положительный эффект, но и возможные негативные побочные последствия. Можно ли такие побочные последствия увидеть на чипе?
Чтобы узнать это, исследователи добавили в кишечные микротрубки обычный аспирин, который, повреждает эпителий – из-за аспирина в нем появляются те самые микропробои, перфорации в клеточном слое. Оказалось, что аспирин вредит и кишечнику на чипе тоже, и что с таким устройством можно точно рассчитать диапазон концентраций и время, за которое в эпителии появятся дыры.
Эпителиальные клетки в данном чипе были похожи по молекулярным характеристикам на те клетки, что выстилают настоящий кишечник – в целом новый чип довольно сильно похож на настоящий орган (что подтверждается и его реакцией на аспирин). То, что на нем можно выполнять большое количество измерений, делает его удобным для разнообразных биомедицинских тестов. Так что в будущем, возможно, подобные устройства смогут заменить подопытных животных в лабораториях, так как на такой чип можно посадить и другие типы клеток.
Источник: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S246820202...