Pierwsze wzmianki zespołu o budowie modelu płuc na chipie pojawiły się dwa lata temu. Dziś mamy już do czynienia z fragmentem krystalicznego, czystego polimeru, wielkości małej karty pamięci, który zawiera w swej budowie kanaliki wydrążone technikami stosowanymi  w technologii microchipów. Dwa z takich kanalików oddzielone są od siebie cienką, porowatą membraną, która z jednej strony wyściełana jest komórkami ludzkiego płuca, z drugiej zaś komórkami naczyń krwionośnych. W modelu istnieją jeszcze dwa inne kanaliki, usytuowane peryferyjnie, w których wytworzenie próżni warunkuje takie zmiany w układzie, by możliwie wiernie odzwierciedlić sposób, w jaki ludzkie płuco ulega rozszerzeniu i skurczeniu podczas oddechu.

Jednakże samo wytworzenie takiego modelu to dopiero początek wymiernych sukcesów badawczych zespołu z Wyss Institute. Model płuca ludzkiego na microchipie został wykorzystany do przetestowania chemoterapeutyku przeciwnowotworowego, jakim jest interleukina 2 (IL‑2). Głównym skutkiem ubocznym jego stosowania toksycznych jest wywoływanie obrzęku płuc u leczonego pacjenta. Wiąże się to z gromadzeniem płynu w płucach i tworzeniem w nich zakrzepów. Doświadczenie polegało na zadozowaniu odpowiedniej ilości IL‑2 do kanału odpowiadającego układowi krwionośnemu. Płyn przedostawał się poprzez membranę i obie warstwy komórek, redukując objętość powietrza w drugim z kanalików. Powodowało to poważne zaburzenia transportu tlenu, co zachodzi także w warunkach in vivo u pacjentów leczonych IL‑2. Do światła kanalika powietrznego dostawały się także białka osocza krwi, powodując tworzenie się zakrzepów w tej przestrzeni.

Dość niespodziewanym wnioskiem z przeprowadzonego doświadczenia był fakt ogromnego wpływu zmian typowo fizycznych zachodzących naturalnie podczas oddychania na zjawisko obrzęku płuc jako skutku ubocznego stosowania IL‑2. Donald Ingber, jeden z autorów projektu, mówi, że tego nie podejrzewali wcześniej ani lekarze, ani naukowcy. Po przyłożeniu próżni w modelu, w celu symulacji oddechu, przepływ płynu do części płucnej wzrastał 3‑krotnie. Potwierdzono, że tak samo dzieje się w zwierzęcym modelu jednostki chorobowej jaką jest obrzęk płuc. Wniosek dla lekarzy mógłby być zatem taki, że w celu zminimalizowania skutków ubocznych stosowania IL‑2 należałoby zredukować objętość powietrza tłoczonego wraz z lekiem do płuc chorego za pomocą respiratora.

Dodatkowo, model płuca ludzkiego na chipie został wykorzystany do przetestowania nowej klasy leku, rozwijanego obecnie przez GlaxoSmithKline. Lek ten, TRPV4, okazał się skutecznie hamować obrzęk płuc w modelu, co również potwierdzają przeprowadzone dotąd badania na zwierzętach. Tym samym udało się wykazać, że modelowanie kompleksowych zmian chorobowych na chipach posiada ogromny potencjał, którego rozwój może silnie odmienić współczesny obraz badań przedklinicznych nowych leków.

Zastosowanie mikroukładów to nowe podejście do aspektów strukturalnych, biologicznych i funkcjonalnych modeli organów ludzkich. Dowodzi temu niewątpliwy sukces uzyskania systemu krwionośno‑oddechowego wraz  możliwością naśladowania procesu oddychania i przenikania substancji w ludzkim płucu. Donald Ingber podkreśla, że takie modelowanie może w przyszłości w znaczący sposób ograniczyć koszty testowania potencjalnych nowych leków, prowadzonych obecnie na liniach komórkowych i modelach zwierzęcych.

Ewa Sankowska

źródło:

wyss.harvard.edu

sciencedaily.com

(wykorzystane zdjęcia pochodzą ze strony Wyss Institute)