Почему «органные чипы» могут изменить подходы к лечению рака и тестированию лекарств
Эта статья — часть программы «Второе мнение» CBC Health — еженедельного анализа новостей здравоохранения и медицинской науки, который отправляется подписчикам по электронной почте по субботам утром. Если вы ещё не подписались, вы можете сделать это, нажав здесь .
Лечение рака не всегда работает так, как ожидалось, из-за чего пациенты страдают от побочных эффектов химиотерапии, не получая при этом никакой пользы. Сейчас учёные исследуют, могут ли крошечные прокси-органы, созданные в лабораторных условиях из собственных клеток пациента, более точно прогнозировать успех лечения.
Эти прокси-органы, также известные как органоиды, подразумевают выращивание клеток пациента в ткань, которая самоорганизуется.
Более продвинутая технология, называемая органным чипом, предполагает выращивание органоидов на крошечной трёхмерной структуре, имитирующей кровоток. Результатом становится лёгочная ткань, которая расширяется и сокращается самостоятельно, или сердечные клетки, сокращающиеся в унисон.
По словам медицинских исследователей, в отличие от тестирования лекарств традиционными способами — например, выращиванием человеческих клеток в пробирке или испытаниями на животных — органы на чипе могут лучше отразить сложность роста раковых клеток и функций человека, чтобы предсказать, какие фармацевтические препараты будут действовать безопасно.
Вот некоторые из их недавних успехов на фоне шагов регулирующих органов и политиков Канады и США по сокращению использования животных в экспериментах.
Группа ученых из Университета Макгилла в Монреале и Гарвардского университета в Бостоне успешно создала органоиды и персонализированный чип-орган размером с USB-накопитель для восьми пациентов с аденокарциномой пищевода — раком с высоким уровнем смертности .
Экспериментальный инструмент воссоздает и выращивает опухоль пациента и окружающие ее ткани с жидкостью, чтобы проверить, как она может отреагировать на лечение.
«Мы взяли конкретные опухоли пациентов и создали их аватары», — сказал Лоренцо Ферри, заведующий отделением торакальной хирургии и хирургии верхних отделов желудочно-кишечного тракта в Медицинском центре Университета Макгилла. «Мы показали, что можем определить, какие препараты эффективны в этом органе-чипе, за четыре-шесть недель, и именно эти сроки важны для лечения пациентов».
Недавно команда Ферри сообщила в журнале трансляционной медицины , что в четырех случаях лечение привело к гибели раковых клеток, тогда как в остальных четырех случаях клетки выжили.
У небольшого числа пациентов, которых они протестировали на данный момент, результаты трансплантации органов полностью совпали с реакцией пациентов на химиотерапию и успешным выздоровлением.
На вопрос о том, как полученные результаты могут изменить его подход к лечению, Ферри ответил: «Я думаю, что это действительно преобразует».
На данный момент экспериментальная методика была применена лишь на небольшом количестве пациентов. Однако, по словам Ферри, идея заключается в том, чтобы исключить догадки при лечении рака.
Позволяет проводить персонализированное лечениеДональд Ингбер и его коллеги из Института биологически вдохновленной инженерии Висса при Гарвардском университете разработали запатентованную технологию чипов для эксперимента Ферри.
Чип не только воссоздаёт опухоль, но и включает в себя крошечные каналы для различных типов клеток, а также окружающую жидкость, имитирующую кровь, и соединительную ткань. В целом, он отражает, как живые клетки расширяются и сокращаются — важные факторы, которые часто упускаются из виду в традиционных лабораторных исследованиях.
По словам Горданы Вуньяк-Новакович, профессора кафедры биомедицинской инженерии Колумбийского университета в Нью-Йорке, органоиды и чипы органов могут стать быстрым связующим звеном между использованием лабораторных животных для изучения сложных систем органов и данными клинических испытаний на людях.
Вуньяк-Новакович и ее коллеги использовали стволовые клетки, взятые из образца крови ребенка, страдающего кардиомиопатией (заболеванием сердечной мышцы), для создания сердечной ткани на чипе органа с определенной генетической мутацией.
«Это был ребёнок, совсем маленький мальчик», — вспоминала она. После массового скрининга существующих препаратов они нашли тот, который должен был подойти в его случае, и поделились информацией с кардиологом мальчика.
«Это своего рода отдельные небольшие успехи, но я ожидаю, что на самом деле развитие всей отрасли ускорится сейчас, когда есть такая мощная поддержка со стороны регулирующих органов, а также со стороны финансирования и фармацевтики», — сказал Вуньяк-Новакович.
Отказ от лабораторных животныхВ сентябре Национальные институты здравоохранения США объявили о создании первого в США специализированного центра разработки органоидов для создания стандартизированных и доступных моделей органоидов. Цель — ускорить разработку лекарственных препаратов и добавить более точные инструменты для моделирования заболеваний, защитить общественное здоровье и снизить зависимость от лабораторных животных.
Министерство здравоохранения Канады и Министерство окружающей среды и изменения климата Канады также разработали стратегию по « замене, сокращению или совершенствованию » тестирования на животных, таких как мыши, крысы, свиньи и собаки.
Премьер-министр Онтарио Даг Форд также призвал к принятию нового законодательства, запрещающего проведение медицинских испытаний на кошках и собаках .
Вуньяк-Новакович считает, что область органоидов будет развиваться с целью снижения токсичности лекарств от нервных заболеваний и противораковых препаратов для сердца.
Например, органоиды использовались для создания более безопасных и эффективных методов лечения муковисцидоза, говорит Милица Радишич, профессор биомедицинской инженерии, заведующая кафедрой канадских исследований в Университете Торонто.
Радишич и Вуньяк-Новакович владеют патентами на технологию «сердце на чипе».
Создавая и созревая ткани, Radisic создает чипы органов, имитирующие заболевания пациентов из больницы общего профиля и детской больницы Торонто, для использования, например, при тестировании лекарственных препаратов.
По словам Радишича, органоиды и органы на чипе позволяют ученым выяснить, что подходит конкретному пациенту.
«Расскажи мне обо мне. Это ведь то, что волнует людей, верно?» — сказал Радишич.
По словам Радишича, в настоящее время экспериментальная работа по решению проблемы сердечно-сосудистых заболеваний для одной семьи находится на стадии проверки концепции.
В другом эксперименте команда Ферри в Университете Макгилла показала, что существующий препарат, снижающий уровень холестерина, может повысить эффективность химиотерапии у некоторых пациентов.
Калина Каменова, биоэтик, изучающая публичные коммуникации в области науки о стволовых клетках, считает, что в будущем такие исследования рака, как исследование Ферри, продемонстрируют возможность адаптации методов лечения к генетической структуре человека.
«В клинической практике одним из главных вопросов в будущем станет вопрос о том, как масштабировать эти исследования, учитывая затраты», — сказала Каменова, основатель и руководитель исследований Канадского института геномики и общества. «Как нам гарантировать, что они принесут пользу всем членам общества, всем, кто нуждается в таком лечении?»
Чтобы начать отвечать на эти вопросы, лаборатория Ферри уже получает курьерские поставки образцов опухолей от пациентов из Онтарио и Манитобы, а в планах — добавить Британскую Колумбию.
Ферри признал, что в настоящее время стоимость технологии составляет до 30 000 долларов за образец, взятый у пациента. Радишич отметил, что роботы, выращивающие органоиды, могут взять на себя утомительную ежедневную работу по поддержанию жизнеспособности клеток в стерильных условиях, что может снизить расходы.
Мнения по поводу того, смогут ли и когда органные чипы смогут заменить использование животных в биомедицинских исследованиях, расходятся.
«Аспект благополучия животных часто игнорируется», — сказала Радишич. По её словам, в ближайшие 20–30 лет появится «реальная возможность» существенно сократить количество животных, используемых при разработке лекарств.
cbc.ca
