Biochipy to przyszłość medycyny. Przyspieszą proces tworzenia skutecznych i tanich leków oraz pomogą przewidzieć ich działania niepożądane

Biochipy mogą zrewolucjonizować procedury badań i dopuszczania leków do użycia. Znacznie obniżą też koszty, co sprawi, że nawet leki najnowszej generacji będę dostępne po znacznie niższych cenach. Naukowcy zaprojektowali urządzenia do hodowli mikroprzepływowej, które obrazują mikroarchitekturę i naśladują funkcje żywych narządów ludzkich. Dzięki stworzeniu systemu połączonych ze sobą mikrochipów funkcjonujących jak ludzki organizm można zaś dokładnie odwzorować zachowanie organów w odpowiedzi na stosowane leki.

– Biochip to miniaturowe urządzenie wielkości szkiełka mikroskopowego, w którym możemy przeprowadzić hodowlę tkanek zwierzęcych albo ludzkich dowolnego typu, tkanki prawidłowej, albo nowotworowej i z wykorzystaniem tej wyhodowanej tkanki przeprowadzić testy różnych substancji aktywnych potencjalnych leków. Jest on tak prosty w wykorzystaniu jak klasyczny preparat mikroskopowy, możemy go umieścić pod mikroskopem, obserwować zjawiska, które zachodzą w tkance w czasie rzeczywistym – tłumaczy w rozmowie z agencją Newseria Innowacje dr inż. Roman Szafran z Politechniki Wrocławskiej.

Naukowcy zaadaptowali metody wytwarzania mikrochipów komputerowych do zaprojektowania urządzeń do hodowli mikroprzepływowej, które obrazują funkcje żywych narządów ludzkich, w tym płuc, jelit, nerek, skóry, szpiku kostnego. Te mikrourządzenia, tzw. „Organs-on-Chips”, stanowią potencjalną alternatywę dla tradycyjnych testów na zwierzętach. Każdy układ narządów składa się z przezroczystego elastycznego polimeru o rozmiarze komputera, który zawiera wydrążone kanały mikroprzepływowe wyłożone żywymi komórkami specyficznymi dla ludzkiego narządu, połączonymi ze sztucznym układem naczyniowym z ludzkimi komórkami śródbłonkowymi.

– Modele tkankowe możemy wyprowadzić bezpośrednio z komórek człowieka, w ten sposób prowadzimy testy na tkankach ludzkich, a nie na zwierzęcych. A druga możliwość to terapie spersonalizowane, gdzie pobieramy komórki od pacjenta w niewielkiej ilości, możemy tutaj wykorzystać np. komórki CTC – cyrkulujące komórki nowotworowe, jeżeli mówimy tutaj o terapiach onkologicznych, i z niewielkiej liczby kilkuset komórek wyprowadzić zmianę nowotworową na chipie, która następnie może nam posłużyć do doboru optymalnej metody leczenia – przekonuje ekspert.

W Instytucie Wyss z Bostonu naukowcy odwzorowali około 15 różnych narządów ludzkich na chipach. Pierwszym z nich było płuco, urządzenie wielkości dysku z dwoma kanałami: wypełniony powietrzem górny kanał wyłożony ludzkimi komórkami nabłonkowymi pęcherzyków oraz dolny kanał wyłożony komórkami naczyń krwionośnych i przepływający przez niego roztwór zawierający białe krwinki. Aby dokładniej modelować biologię człowieka, naukowcy naśladowali również ruch oddechowy. Był to jednak dopiero pierwszy krok do stworzenia całego systemu połączonych mikrochipów, do złudzenia przypominających funkcjonowanie całego ludzkiego organizmu.

Dzięki zdolności do przyjmowania i łączenia różnych typów komórek i tkanek tworzących ludzkie narządy mikrochipy pozwalają zbadać funkcjonowania narządów ludzkich i naśladować stany chorobowe specyficzne dla człowieka, identyfikują też nowe cele terapeutyczne. Odtwarzają istotne interfejsy, aby zbadać proces dostarczania leków, a także odkrycia nowych leków. Chipy mogą być również używane do hodowli żywego mikrobiomu przez dłuższy czas w bezpośrednim kontakcie z żywymi ludzkimi komórkami, aby sprawdzić, jak wpływają na zdrowie człowieka.

Wykonanie badań klinicznych zajmuje lata, a pojedynczy związek może kosztować ponad 2 mld dol. Cały proces często nie pozwala przewidzieć ludzkich reakcji, ponieważ tradycyjne modele zwierzęce nie odzwierciedlają ludzkiej patofizjologii. Biochipy są więc rozwiązaniem.

– Jeśli chodzi o procedurę dopuszczenia nowych substancji leczniczych do obrotu, to jest ona wieloetapowa i bardzo kosztowna. Jeśli uda nam się z wykorzystaniem takiego mikrosystemu czy takiego modelu tkankowego na chipie przyspieszyć tę procedurę w ten sposób, że wyeliminujemy albo na wczesnym etapie substancje, które są szkodliwe, albo jeżeli dopuścimy do dalszych etapów substancje, które mogą być potencjalnymi lekami, a które np. byłyby wykluczone na etapie badań na zwierzętach, to niewątpliwie nam to może przyspieszyć całą ścieżkę dopuszczenia nowych substancji leczniczych do obrotu – przekonuje dr inż. Roman Szafran.