В настоящее время ученые оценивают наркотики для токсичности печени или проверяя их у животных или применяя их непосредственно к клеткам печени, выращенным в и придерживаясь основания пластмассового блюда. В то время как последний подход позволяет показ высокой пропускной способности, он не рассматривает сложную 3D организацию ткани печени, которая включает многократные типы клеток и внеклеточной матрицы – коллекция молекул, которая окружает клетки, чтобы оказать структурную и биохимическую поддержку.
Взаимодействия среди различных типов клетки и с внеклеточной матрицей все способствуют обычно функционирующему органу. Таким образом тестирование наркотиков на клетках печени в блюде обычно является не точным предсказателем того, как препарат затронет печень в реальной жизни.
Недавнее исследование другими командами привело к развитию «органа на чипе» модели печени, которые более тесно напоминают неповрежденный орган. Жареный картофель – платформы (о размере флеш-накопителя), которые спроектированы, чтобы поддержать многократные типы клеток печени в 3D окружающей среде. Крошечные каналы в платформе несут питательные вещества к клеткам, чтобы поддержать их и здоровый. Все же этот жареный картофель может быть трудно сделать, может испытать недостаток в однородности и легко не изменен.
Это ограничивает количество наркотиков и условий, которые могут быть показаны, используя жареный картофель.Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи во главе с Дэвидом Вейцем, доктор философии, профессор Физики и Прикладной Физики в Гарвардском университете, создал микрожидкий чип, который может быстро и точно произвести функционирующие человеческие микроткани печени в капельках.
Система может произвести до одной тысячи капелек в секунду, которые могут тогда использоваться, чтобы показать большое количество наркотиков в различных комбинациях и в различных дозах.Weitz’ микрожидкий чип является платформой, которая содержит систему чрезвычайно узких, связал концентрические каналы (каждый канал о диаметре пряди волос).
В первом шаге платформы, основанном на солончаке решении гепатоцитов, основные клетки, которые способствуют функции печени, потоки вниз канал, пока это не пересекается с подобным гелю решением фибробластов, клетки нашли во внеклеточной матрице печени, которые прячут коллаген и оказывают структурную поддержку гепатоцитам. Из-за химических свойств двух различных решений и физики жидкостей, едущих в узких местах, фибробласты обнимают стороны канала, в то время как гепатоциты текут вниз середина.Затем, эта смесь клеток пересекается с раствором нефти, которая действует как тормоз и заставляет капельку зажимать прочь. Наконец, эти недавно сделанные капельки встречают мягко кислое решение, которое заставляет их внешний слой геля становиться установленным, захватывая клетки в их соответствующие положения.
Конечный результат – капелька с водянистым ядром, заполненным гепатоцитами и студенистой раковиной, состоявшей из фибробластов.В то время как капельки, содержащие гепатоциты, были ранее созданы, это – первый раз, когда микрожидкое устройство было в состоянии произвести капельки, содержащие два типа клеток, ограниченных различными регионами, с высокой жизнеспособностью, очень восстанавливаемым способом, и на такой быстрой скорости.После того, как сделанный, капельки могут использоваться во множестве параметров настройки, в которых они подвергнуты воздействию препарата или комбинации наркотиков, чтобы оценить токсичность печени. Вайц говорит, что этот тип системы увеличивает число экспериментов, которые могут быть выполнены несколькими порядками величины:«Каждая капелька похожа на мини-эксперимент.
Обычно, если мы управляем экспериментами, говорим в пробирках, нам нужен миллилитр жидкости за пробирку. Если бы мы должны были сделать миллион экспериментов, нам была бы нужна тысяча литров жидкости. Это – эквивалент тысячи молочников! Здесь, каждая капелька – только нанолитр, таким образом, мы можем сделать целый эксперимент с одним миллилитром жидкости, подразумевая, что мы можем сделать еще миллион экспериментов с тем же самым количеством жидкости».
И потому что таким количеством экспериментов можно управлять в такой короткий срок и для такой небольшой стоимости, больше наркотиков может быть показано в различных дозах и в сочетании с другими наркотиками. Это важно, потому что много наркотиков только токсичны к печени в большей дозе или, когда взято с другим препаратом.
«Этот новый процесс дает исследователям гибкость, чтобы собрать некоторые клеточные компоненты печени в различных комбинациях и пропорциях, чтобы видеть, как они влияют друг на друга, и как они могли бы сотрудничать, чтобы сделать функциональную ткань. Плюс, собрание быстрее, более надежное, и менее дорогое, чем текущие методы создания моделей ткани печени», сказала Розмари Хунзикер, доктор философии, директор программы по Разработке Ткани в NIBIB.