Fot. Dr inż. Agnieszka Żuchowska, źródło: PW

Depresja i wyzwania badawcze

Według danych Światowej Organizacji Zdrowia depresja dotyka ok. 4% światowej populacji i jest jednym z istotnych czynników ryzyka samobójstwa. Choć dostępne są skuteczne metody leczenia, wciąż potrzebne są nowe leki oraz lepsze zrozumienie mechanizmów ich działania. Badania nad potencjalnymi terapiami prowadzi się najczęściej z wykorzystaniem modeli zwierzęcych lub klasycznych hodowli komórkowych. Metody te mają jednak ograniczenia – organizmy zwierząt różnią się od ludzkiego pod względem fizjologii, a tradycyjne dwuwymiarowe kultury komórek nie odzwierciedlają w pełni złożonych procesów zachodzących w tkankach.

Organ-on-Chip – miniaturowe modele narządów

Jednym z rozwijanych rozwiązań jest technologia Organ-on-Chip wykorzystująca mikrosystemy przepływowe do hodowli komórek różnych tkanek. Pozwala ona odtwarzać wybrane funkcje ludzkich narządów w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych i bardziej realistycznie badać działanie leków. W proponowanym projekcie technologia ta zostanie wykorzystana do opracowania mikrosystemu NeuroHepaticSync, który umożliwi jednoczesne badanie modelu jednostki nerwowo-naczyniowej mózgu (NVU) oraz modelu tkanki wątrobowej. Jest to istotne, ponieważ wiele leków po podaniu do organizmu ulega przemianom metabolicznym w wątrobie, co może wpływać na ich działanie w mózgu. – Chcemy stworzyć model laboratoryjny, który pozwoli jednocześnie obserwować reakcję komórek mózgu i uwzględnić wpływ metabolizmu wątrobowego. Dzięki temu możliwa będzie bardziej realistyczna ocena działania potencjalnych leków przeciwdepresyjnych – podkreśla dr inż. Agnieszka Żuchowska, kierownik projektu.

Jak będzie przebiegał projekt?

Badania będą realizowane etapami. W pierwszej kolejności naukowcy zaprojektują mikrosystem NeuroHepaticSync, który umożliwi hodowlę modeli tkankowych w układzie mikroprzepływowym. Następnie opracowane i zoptymalizowane zostaną metody wytwarzania modeli tkanki wątrobowej oraz jednostki nerwowo-naczyniowej. Kolejnym krokiem będzie charakterystyka powstałych modeli pod względem morfologicznym, metabolicznym i biochemicznym. W dalszym etapie w modelu jednostki nerwowo-naczyniowej zostanie wywołany kontrolowany stan zapalny, co pozwoli analizować zmiany związane z procesami obserwowanymi w zaburzeniach depresyjnych. Na końcu naukowcy ocenią wpływ potencjalnych leków przeciwdepresyjnych na opracowany model – zarówno w obecności modelu tkanki wątrobowej, jak i bez niego.

Możliwe zastosowania wyników badań

Projekt łączy elementy biotechnologii, bioanalizy, technologii mikroprzepływowych oraz diagnostyki medycznej. Uzyskane wyniki mogą przyczynić się do lepszego zrozumienia funkcjonowania jednostki nerwowo-naczyniowej oraz stworzyć nowe narzędzia do testowania leków. Opracowana technologia może w przyszłości znaleźć zastosowanie również w badaniach nad innymi chorobami neurologicznymi, takimi jak choroba Parkinsona czy choroba Alzheimera, a także w analizie substancji wpływających na przepuszczalność bariery krew-mózg. Projekt pt. „Opracowanie procedur bioanalitycznych do oceny wpływu leków przeciwdepresyjnych na jednostkę nerwowo-naczyniową (NVU), z uwzględnieniem metabolizmu wątrobowego w modelu Organ-on-Chip” będzie realizowany w ramach grantu Narodowego Centrum Nauki SONATA BIS 15. Na realizację badań przyznano finansowanie w wysokości 3 390 380 zł.

Politechnika Warszawska