Vedci v Holandsku pokračujú v budovaní malých čipov „organ-on-chips“ s ľudskými bunkami, ktoré sú užitočné napríklad na štúdium metastáz rakoviny krvi alebo vývoj jazvového tkaniva alebo na testovanie účinku liekov alebo potravín mimo ľudského tela. Kolektív desiatok výskumných skupín, spoločností a znalostných inštitúcií, združený konzorciom hDMT buduje typu organ-on-chip, univerzálny štandard podporený grantom NWO Perspective vo výške takmer 5-miliónov EUR. Konečný cieľ v budúcnosti: spojenie viacerých orgánových čipov dohromady, aby sa simulovalo celé telo.
Tí, ktorí myslia na čipy iba z hľadiska počítačov, budú teraz sklamaní. Organ na čipe sa zvyčajne skladá z plastovej platne s integrovanými mikrokanálikmi a komorami. Vo vnútri rastú zložité tkanivá ľudských buniek v prostredí, ktoré napodobňuje ľudské telo, ale je len ťažko viditeľné voľným okom.
Pozdĺž živých buniek prúdi nepatrné množstvo kvapaliny, ktorá im dodáva živiny, a pumpa ich dodáva a odstraňuje. Senzory v čipe merajú, ako bunky reagujú a aktivátory vykonávajú zmeny. Napríklad iný tlak, mechanická sila, hladina kyslíka alebo rýchlosť prúdenia.
Po pridaní testovaného lieku, jedla alebo kozmetického produktu môžu vedci zistiť, ako reagujú tkanivá. Čip sa perfektne hodí pod svetelný mikroskop, aby bolo možné proces ľahko sledovať.
Rozširovanie ukončené nedostatkom univerzálneho štandardu
V súčasnosti čipy používajú hlavne vedci na lepšie pochopenie toho, ako sa bunky správajú v ich mikroprostredí alebo ako sa vyvíjajú a šíria choroby v tele. Napríklad v Eindhovene pracujú na rakovine na čipe (pozri video) a nervovom systéme na čipe (nervous system-on-chip).
Avšak rozsiahle použitie vo farmácii ešte nie je na programe kvôli chýbajúcemu univerzálnemu štandardu. Existuje veľa druhov čipov, každý s vlastným dizajnom, rozmermi a materiálom. Čipy navyše ťažko zapadajú do pracovného toku farmaceutického priemyslu a škálovanie na väčší počet je veľmi ťažké. Stručne povedané, sú určené pre výskum, nie pre priemysel.
To chce zmeniť 10 výskumných skupín z 8 univerzít združených v holandskom „organ-on-chip“ konzorciu hDMT spolu s 21 spoločnosťami, 3 znalostnými inštitúciami a 2 nadáciami. Pod vedením výskumníka Jaap den Toondera z TU Eindhoven teraz vyvíjajú štandardizovanú a modulárnu platformu pre orgány na čipe, „SMART Organ-on-Chip“. 10. marca 2021 im bol udelený grant NWO „Perspective“ vo výške 3,4-milióna EUR. Priemyselní partneri investujú do projektu ďalších 1,4-milióna EUR.
Škodlivé lieky je možné vylúčiť skôr
Farmaceutické spoločnosti môžu veľa získať zo štandardizovanej platformy. Vývoj nového lieku trvá najmenej 10 rokov a miliardy EUR. Tento zdĺhavý a nákladný proces je spôsobený rôznymi fázami, ktorými nový liek musí prechádzať. A 80 % sľubných liekov v záverečnej fáze stále vypadáva.
Ako uviedol Den Toonder: „Ak môžete otestovať lieky priamo na realistickom modeli ľudského orgánu na čipe a ihneď zohľadniť zložitosť tela, potom môžete škodlivé alebo neúčinné lieky vylúčiť oveľa skôr v procese, čím ušetríte veľa peňazí.“
Spojovacie čipy
Na štandardizáciu čipov vedci vyrábajú štandardnú „dokovaciu“ dosku, ktorá pojme tekutinové kanály a elektroniku. Potom sa na ňu môžu čipy kliknúť ako na moduly.
Vedci vyvíjajú tkanivové čipy, v ktorých sú bunky v správnom mikroprostredí a technické čipy, pomocou inovatívnych fluidných púmp a fyzikálnych a chemických senzorov. Ako uviedol Den Toonder: „Vďaka tomu je systém taký flexibilný; môžete na neho kliknúť na čipy v ľubovoľnej kombinácii, v závislosti od typu orgánu, ktorý chcete preskúmať, a od otázky, na ktorú chcete odpovedať.“
Celý systém je zosúladený s priemyselnými pracovnými tokmi a biomedicínskym výskumom a vývojom, napríklad pre prácu s pipetovacími robotmi a zložitými mikroskopickými technikami. Okrem toho pôjde o prístupnú otvorenú technológiu, aby ďalšie spoločnosti mohli vyvíjať svoje vlastné aplikácie a pridávať ich k existujúcej platforme.
Ako dodal Den Toonder: „Prepojením rôznych modelov typu orgán na čipe môžeme v konečnom dôsledku tiež simulovať interakcie medzi orgánmi. To je skutočne dôležité, pretože orgány nikdy v tele samy nefungujú. Dúfame, že časom budeme schopní vyvíjať, spájať a študovať čipy pre všetky orgány v ľudskom tele. Naším konečným snom je preto „telo na čipe“, pomocou ktorého môžete študovať napríklad účinok nového lieku vo všetkých orgánoch, takže môžete súčasne vidieť, či pečeň liek nerozkladá, či nie sú poškodené črevá a či sa objavujú problémy so srdcom.“
Študijné jednotky
V rámci programu Perspective sa vedci zameriavajú najmä na vývoj jazvového tkaniva: fibróza. Okrem pekne zahojených jaziev fibróza orgánov niekedy postupuje do množiaceho sa spojivového tkaniva. Potom zohráva hlavnú úlohu oblasť okolo orgánu. Preto je kľúčové zahrnúť toto prostredie do štúdia tohto procesu na modeloch typu orgán na čipe.
Práve táto zložitosť doteraz zabránila vytvoreniu dobrého modelu na štúdium fibrózy. Tím preto teraz vytvára tkanivové úlomky z čriev, kože a kĺbov, aby študoval procesy na systémovej úrovni.
Den Toonder dodal na záver: „Grant NWO Perspective nám dáva príležitosť spojiť širokú multidisciplinárnu skupinu vedcov, ktorú potrebujete pre takýto vývoj, s priemyselnými partnermi, od výroby až po koncových používateľov.“ Den Toonder je strojný inžinier na Inštitúte pre komplexné molekulárne systémy (ICMS) na TU Eindhoven.
Správny liek pre pacienta
Popri farmaceutickom priemysle môže rozvíjajúca sa oblasť výskumu personalizovanej medicíny veľmi profitovať aj zo štandardizovanej technológie orgán na čipe. Lieky sú teraz vyvíjané pre priemerného človeka a pre každého štvrtého človeka fungujú, iba ak máte šťastie. Na trhu sú dokonca lieky, ktoré účinkujú iba u jedného z dvadsiatich ľudí. Ak dokážete predbežne vyšetriť niekoľko potenciálnych liekov na bunkách konkrétneho pacienta, pre ktorého hľadáte liečbu, môžete pre túto konkrétnu osobu okamžite podať správny liek.
Nové čipy nachádzajú tiež priemyselné využitie mimo farmácie. Napríklad koža na čipe (skin-on-chip) na testovanie vedľajších účinkov kozmetiky alebo črevo na čipe (intestine-on-chip) na testovanie alergií na nový potravinový výrobok. Bonusom technológie organ-on-chip bude značné zníženie počtu testov na zvieratách.
Holandské konzorcium organ na čipe hDMT spojilo pre tento program perspektívy NWO týchto partnerov: Amsterdam UMC / VUmc, Delft University of Technology, Eindhoven University of Technology, UMC Utrecht, Leiden University, Maastricht University, Twente University, Wageningen University & Research, 300MICRONS, Applikon, BioLamina, Convergence, Demcon, dsRAT Stichting Proefdiervrij, Galapagos, Genmab, Hy2Care, IBA Lifesciences, ibidi, Life Science Methods, LipoCoat, Micronit Microtechnologies, OnePlanet Research Center / imec, Poietisvio, Poietisvio, Spektrax, TissUse, TNO, Unilever Safety & Environmental Assurance Center, Ushio INC.
Zdroj: https://sciencebusiness.net, zverejnené: 12.3.2021, autor: rpa
