Att bygga en orgel på ett chip

Läkemedelsföretagens sätt att testa läkemedel är trasigt, och Donald Ingber har en idé om hur man fixar det.

Forskare testar vanligtvis potentiella läkemedel på djur, men oftare än inte misslyckas förutsägelser från djur när en förening testas på människor, säger Ingber, chef för Harvard Universitys Wyss Institute. Att utföra inledande tester på människor är naturligtvis för farligt. Vår föreslagna lösning är att göra studier med mänskliga celler, säger han, men inte bara celler i en maträtt - celler som uppvisar organliknande strukturer och funktioner.

Den här historien var en del av vårt julinummer 2012

• Se resten av frågan
• Prenumerera

För att uppnå detta utvecklar Ingber och hans team ett menageri av enheter i mikroskala som replikerar strukturerna och miljöerna för faktiska mänskliga organ närmare än en enkel odlingsrätt.

Wyss Institutes första organ var en andningslunga på ett mikrochip. Den genomskinliga enheten i tumstorlek är gjord av cellvänliga material och fungerar som en plattform för odling av mänskliga lungceller. Små kanaler skär genom enheten. Luft och vätska strömmar genom de centrala kanalerna, där lungcellerna odlas, och eftersom enheten är flexibel kan forskare applicera vakuumtryck på sidokanalerna så att de centrala kanalerna expanderar och drar ihop sig - ungefär som mänskliga lungor. Teamet har visat att sådana mekaniska krafter påverkar cellernas beteende. När det gäller lungcellerna hjälper den mekaniska andningen dem att absorbera partiklar som strömmar i luftkammaren.

På senare tid har institutet utvecklat en mänsklig tarm på ett mikrochip. Den centrala kanalen i enheten, som är kantad med mänskliga celler, kan utsättas för vågliknande rörelser som efterliknar tarmens rörelse under matsmältningen. I chipet bildar cellerna fingerliknande strukturer som kallas villi som är viktiga för absorption av näringsämnen och andra föreningar. Dessa strukturer bildas inte när celler odlas i en skål, vilket tyder på att cellerna känner sig mer hemma i enheten. Forskare kan också odla vanliga tarmbakterier tillsammans med tarmcellerna i kanalen. I en odlingsrätt tar bakterierna vanligtvis över de mänskliga cellerna, säger Ingber; nu kan vi studera mycket mer komplexa interaktioner.

Individuellt ger varje organliknande chip forskare en chans att studera mänskliga celler i en mer naturlig miljö och att testa hur de reagerar på droger och toxiner. Men Ingber arbetar mot en större vision där flera av markerna är sammanlänkade. Genom att koppla samman de mikrofluidiska versionerna av ett hjärta, lunga, tarm, njure och mer, tror Ingber och hans medarbetare, kommer de att bättre kunna studera hur kroppen bearbetar och reagerar på olika föreningar.

Ett projekt som pågår med Wyss fakultetsmedlem Kevin Kit Parker är att testa inhalerade läkemedel för negativa effekter på hjärtat - ett långvarigt problem i läkemedelsupptäckten. Hjärttoxicitet är faktiskt den största orsaken till misslyckande med läkemedel, oavsett vad de riktar sig till, säger Ingber.

Dölj