Будь то вирус Эбола или зарин и рицин, ключом к реагированию на химические или биологические атаки являются эффективные противоядия наготове. Чтобы ускорить разработку новых методов лечения, Институт регенеративной медицины Баптистского медицинского центра Уэйк Форест возглавляет уникальный федеральный проект стоимостью 24 миллиона долларов по разработке "тело на чипе" которые будут использоваться для разработки этих контрмер.
Этот контракт был предоставлен Центром космических и военно-морских систем войны, Тихий океан (SSC Pacific), от имени Агентства по уменьшению угрозы обороны (DTRA). Цель состоит в том, чтобы построить миниатюрную систему человеческих органов, чтобы смоделировать реакцию организма на вредные агенты и разработать потенциальные методы лечения. Такой подход может снизить потребность в тестировании на животных, которое является дорогостоящим, медленным и дает результаты, которые не всегда применимы к людям.
"Созданные в лаборатории миниатюрные органоподобные сердца, легкие, печень и кровеносные сосуды, связанные вместе с циркулирующим кровезаменителем, будут использоваться как для прогнозирования воздействия химических и биологических агентов, так и для проверки эффективности потенциальных методов лечения," сказал Энтони Атала, M.D., директор института и ведущий исследователь проекта. "Нам повезло, что к нам присоединились эксперты со всей страны."
В "тело на чипе" концепция стала возможной благодаря достижениям в области инженерии микротканей и микрожидкостных технологий. Он основан на аналогичных достижениях в электронной промышленности. Однако вместо того, чтобы миниатюризировать электронику на чипе, исследователи миниатюризируют человеческие органы, устройства для мониторинга и лабораторные процессы.
Проект предполагает использование человеческих клеток для создания крошечных органо-подобных структур, имитирующих работу сердца, печени, легких и кровеносных сосудов. Размещенные на 2-дюймовом чипе, эти структуры будут подключены к системе жидкостных каналов и датчиков для обеспечения онлайн-мониторинга отдельных органов и всей системы органов.
Заменитель циркулирующей крови будет поддерживать клетки в живых и может использоваться для введения химических или биологических агентов, а также потенциальных методов лечения в систему. Полые каналы будут автоматически направлять токсины или методы лечения, которые оцениваются, от одной ткани к другой, а датчики будут измерять в реальном времени температуру, уровень кислорода, PH и другие факторы.
"В случае успеха платформы, созданные в рамках eX Vivo Capabilities for Evaluation and Licensure (X.C.E.L.) значительно сократит время и затраты, необходимые для разработки медицинских контрмер, которые окажут прямое и положительное влияние на способность правительства США реагировать на химическую или биологическую атаку," сказал доктор. Клинт Флоренс, исполняющий обязанности начальника отдела вакцин в Трансляционном медицинском отделе DTRA. "Долгосрочная цель этого исследования – изучить потенциал этой технологии для снижения общей нагрузки, связанной с тестированием in vivo при разработке продуктов для человека и управлении ими, путем точного прогнозирования безопасности, эффективности и фармакокинетики потенциальных медицинских контрмер (MCMs) для человека. )."
Уникальный трехмерный принтер Wake Forest Baptist будет использоваться для печати органоидов на чипе. Другие партнеры по проекту – и опыт, которым они будут способствовать, – это:
Хотя идея культивирования трехмерной человеческой ткани на чипе не нова, это будет одна из первых попыток объединить несколько органов в одном устройстве для моделирования реакции человека на химические токсины или биологические агенты. Есть надежда, что система также сможет идентифицировать предсимптоматические "биомаркеры" воздействия и оценить эффективность лечения.