Афіна - штучна людина для перевірки речовин на токсичність

Проект ATHENA з'єднує серце, легені, печінку і нирки в пристрій для комплексної перевірки токсичності різних речовин.

Значного прогресу досягнуто в напрямку створення «homo minutus» - настільної людини - повідомили на зборах Товариства Токсикології 26 березня у Феніксі, США.

Анонсовано успішну розробку конструкції, яка реагує на вплив токсичних хімічних речовин подібно до людської печінки. Про це повідомив професор Джон Уіксво (John Wikswo) з університету Вандербілта.

Робота є результатом п'яти років праці, 19 млн доларів і співпраці Раші Айєр (Rashi Iyer), старшого наукового співробітника Національної Лабораторії Лос-Аламоса, і вищезгаданого Уіксво. Проект розвивається як конструкція з чотирьох взаємопов'язаних органів людини - печінки, серця, легенів і нирок, заснована на платформі, що називається ATHENA (Афіна).

"Вихідним поштовхом для даного дослідження стало усвідомлення проблем, які виникають в процесі розробки нових ліків, - сказав Уіксво. Ряд нових перспективних препаратів, які добре виглядали в традиційних клітинних культурах і випробуваннях на тваринах, провалилися, коли були випробувані на людях, багато хто з-за токсичного впливу. Це понад мільярд доларів збитку. Наш нинішній процес тестування просто не працює ".

В останні роки вчені і лікарі всього світу почали розробляти більш актуальні і передові лабораторні випробування ефективності і токсичності препаратів: маленькі біореактори, обладнані датчиками контролю. У біореакторах формується подібна людському органу структура.

Зрештою, метою є з'єднання модулів окремих органів хімічним способом, через сурогат крові, що імітує спосіб з'єднання органів у тілі. Дослідники сподіваються, що цей «homo minutus» з його здатність імітувати просторові та функціональні властивості людських органів у всій їх складності, виявиться більш точним інструментом перевірки нових ліків на ефективність і потенційні побічні ефекти, ніж сучасні методи.

Пристрої цього типу можуть бути надзвичайно корисними в області токсикології. З десятків тисяч хімічних сполук, що знаходяться в торговому обороті, лише мала частина тестувалися на токсичність. І навіть ті були перевірені тільки на сильну токсичність - через витрати і час, необхідний для таких випробувань. Нові технології можуть зробити цей процес значно дешевшим і швидшим.

Проект ATHENA об'єднав навички і знання багатьох провідних дослідників у цій новій галузі. Печінку розробляє Катрін Цайлінгер і її колеги з Берліна, а також Кевін Кіт Паркер з Гарварду. Шуво Рой з Сан-Франциско і Вільям Фіссель з Вандербілта займаються створенням нирки. Айєр, крім того, що керує всім проектом, займається проектом легенів в Лос-Аламоській лабораторії. Віксво і його дослідницька групи займається побудовою апаратної платформи і серцевої системи. Анджей Пжеквас створює сурогатну кров для підтримки чотирьох пристроїв.

Одним з ключових питань для розробників конструкції, що імітує людський орган, є масштаб: якого розміру повинні бути штучні органи? Різні групи вибрали різні масштаби, від «мікрочеловіка» (одна мільйонна від розміру людських органів), до «мілічеловіка» (одна тисячна розміру).

«Масштаб надзвичайно важливий», - каже Аєр. Якщо масштаб занадто малий, то важко відтворити фізіологію, тому що потрібен кворум клітин, щоб вони діяли в якості органу, і важко отримати достатню кількість даних для аналізу. Якщо масштаб занадто великий, витрати зроблять ці пристрої занадто дорогими.

Робота над проектом ATHENA в клініці Шаріте (Берлін, Німеччина) почалася з приміщення в біореактор для підтримки пацієнтів із захворюваннями печінки частини людської печінки та зменшення препарату. Препарат складається тепер з чотирьох шарів і займає обсяг в одну десяту мілілітра. Цайлінгер зазначила, що отримана структура оптимальна з точки зору метаболічної продуктивності, і її робота з ферментами тепер нагадують роботу тканини печінки людини.

Оригінальна система, розроблена в клініці Шаріте для утримання живих клітин печінки коштувала 80 000 доларів і була розміром з невеликий холодильник. Використовуючи досягнення мікрогідродинаміки, команда Уїксво створила невеликий пристрій, який коштує близько двох тисяч доларів, і робить теж саме. Дослідник продемонстрував, що пристрій може тримати клітини печінки людини здоровим протягом тривалого часу.

Визначення правильного масштабу важливе для розуміння відносних розмірів і функції кожного органу на загальній платформі. Так, якщо поєднати печінку, яка являє собою одну тисячну частку печінки людини з легкою, яка представляє одну мільйонну частину, результати експериментів не будуть достовірними. Це все одно, що змусити серце дитини бути насосом для печінки великого дорослого, це не може працювати.

"Ми вибрали розмір, який знаходиться між мікрочеловеком і міллічеловеком - одну десяту частину міллічеловіка, - сказав Айєр. Я думаю, що успіх, якого ми досягли в створенні пристрою, що імітує печінку, означає, що ми знайшли золоту середину ".

Крім успішного скорочення розміру платформи, дослідники в лабораторії Вандербільта ввели ще одну важливу інновацію, підключивши платформу органів до потужного, вузькоспеціалізованого інструменту, мас-спектрометру, який може одночасно виявляти і ідентифікувати присутність найдрібнішої кількості десятків тисяч різних біологічних молекул одночасно.

За словами Аєр, високий рівень деталізації результатів перших експериментів підтверджує перспективи платформи ATHENA в поєднанні з технологією мас-спектрометрії забезпечити більш чутливий і ефективний метод перевірки нових ліків і речовин, якими ми вже користуємося.

Команда планує підключення їх «печінки» до «серця», що розробляється в Гарварді, цієї зими. Вони очікують, що «легені» будуть готові наступного року, а «нирка» на рік пізніше.