211service.com
Organ-on-a-chip efterliknar dödligt lungtillstånd
Forskare vid Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering vid Harvard University har visat att deras lung-on-a-chip-teknologi kan efterlikna ett livshotande lungtillstånd. De rapporterar också att forskare kan upptäcka nya aspekter av sjukdomen med hjälp av lungchipet som inte kunde hittas med djurförsök.
Lablungor: Vätska och luft pumpas in i de olika kanalerna i denna lunga-på-ett-chip för att efterlikna mänsklig lungfunktion
De studie , publicerad i dagens Vetenskap translationell medicin , är den första definitiva demonstrationen av att institutets organliknande chips, som inkluderar en tarm, ett hjärta och en njure (se Bygga ett organ på ett chip), kan användas för att modellera en sjukdom och till och med testa läkemedelskandidater.
Lung-on-a-chip-anordningen är ett genomskinligt, flexibelt polymerblock av storleken tummen perforerat av två små kanaler åtskilda av ett tunt membran. Luft strömmar genom en kanal, som är kantad med mänskliga lungceller; en näringsrik vätska som fungerar som blodersättning flyter genom den andra, som är kantad med blodkärlsceller. Ett vakuum som appliceras på chipet flyttar kanalerna för att återskapa hur mänskliga lungvävnader fysiskt expanderar och drar ihop sig när de andas.
Studien, ledd av Wyss Institute-stipendiaten Dongeun Huh, fokuserade på lungödem, ett tillstånd där vätska och blodproppar fyller lungorna. Det kan orsakas av hjärtsvikt samt biverkningar av ett vanligt cancerläkemedel. Forskarna injicerade cancerläkemedlet i den blodkärlsliknande kanalen och fann att vätska och blodplasmaproteiner läckte över membranet in i luftkanalen, liknande läkemedlets biverkning hos patienter.
Detta ledde till två överraskande upptäckter, säger studiens medförfattare och Wyss huvudforskare Geraldine Hamilton. En var att immunförsvaret, som inte var representerat i chipet, inte behövdes orsaka läckagebieffekten som man tidigare trott. För det andra fann teamet att när de slog på vakuumsystemet för att skapa andningsliknande rörelser, förvärrades läckaget, en annan okänd aspekt av lungödem.
Forskarna visar också att en GlaxoSmithKline-läkemedelskandidat kan förhindra läckaget i chipsystemet (GSK-forskare var också medförfattare till Wyss-studien). I en separat studie i samma nummer av Vetenskapsöversättningsmedicin, GSK-forskare visar hos möss med hjärtsvikt att deras läkemedel kan minska lungödem, vilket hjälper till att validera chipsystemet, säger Hamilton. Verkligheten är att djur kommer att krävas för kliniska tester under många år framöver, men det för oss ett steg närmare att hitta alternativ, säger hon.
Det finns skeptiker. Organ-på-chip-system saknar den typiska miljön som ett organ skulle utsättas för, såsom de olika hormonerna och andra molekylära signaler som ständigt cirkuleras i kroppen på en organism, säger Michael Hayward, en ledande forskare vid Cranbury, New York. Jersey-baserat life science-företag Taconic . Hayward, som specialiserat sig på att utveckla djurmodeller för mänskliga sjukdomar, noterar också att de flesta sjukdomar involverar många organ, och att förstå hur olika organ interagerar för att orsaka ett sjukdomstillstånd skulle vara utom räckhåll för en enda organ-härmande enhet.
Hamilton erkänner att både industrin och tillsynsmyndigheter kommer att vilja ha massor av validering av organ-on-chip-teknologin innan den används som ett alternativ till djur, men de potentiella fördelarna med chipteknologin är uppenbara i dagens studie, säger hon. Vi härmar inte bara klinisk respons, utan vi har också upptäckt något nytt. Det här är en inblick i vilka effekter detta kan ha på läkemedelsupptäckt och utveckling i framtiden, säger hon. Du kan inte bara ersätta djuret, utan du får ytterligare insikt.
Och en dag kan de börja ta itu med Haywards och andras oro över deras enheters isolerade natur. Vårt yttersta mål, som är högrisk, är inte bara att utveckla sjukdomsmodeller utan att utveckla en integrerad kropp-på-ett-chip, där vi kan börja länka dessa organ, vilket tar oss ett steg närmare att efterlikna hela mänskliga reaktionen, hon säger.