Отчасти проблема заключается в несовершенном характере доклинических испытаний лекарственных средств, которые направлены на исключение токсических эффектов и предопределение концентраций и путей введения до того, как кандидаты в лекарственные препараты можно будет тестировать на людях. Как новые лекарства перемещаются в человеческом организме и как они влияют на него, и как лекарства влияют на сам организм, невозможно предсказать с достаточной точностью в исследованиях на животных и стандартных исследованиях in vitro.
«Чтобы решить эту серьезную доклиническую проблему узких мест, мы должны стать намного более эффективными в создании условий для действительно многообещающих лекарств и исключить другие, которые по разным причинам могут потерпеть неудачу у людей», – объясняет проф. Дональд Ингбер, м.D., Ph.D., директор-основатель Института биологической инженерии Висса Гарвардского университета, соавтор двух новых исследований по этому вопросу, опубликованных в журнале Nature Biomedical Engineering 27 января 2020 г.
Совместно с доктором. Бен Маоз из факультета биомедицинской инженерии Тель-Авивского университета и Школы нейробиологии Сагола и более 50 коллег, группа ученых из ТАУ и Гарварда разработали функционирующую комплексную платформу с множеством органов на кристалле (Organ Chip), которая позволяет эффективная трансляция in vitro in vivo (IVIVT) фармакологии лекарственных средств человека.
«Мы надеемся, что эта платформа позволит нам преодолеть существующие ограничения в разработке лекарств, предоставив практичную, надежную и актуальную систему тестирования лекарств для использования людьми», – говорит д-р.
Маоз, соавтор обоих исследований и бывший научный сотрудник по развитию технологий в Институте Висса в командах профессора. Ингбер и проф. Кевин Кит Паркер, Ph.D., последний из которых также является ведущим автором обоих исследований.
В первом из двух исследований ученые разработали «Interrogator», роботизированное устройство для перекачки жидкости, чтобы связать отдельные «микросхемы органа» таким образом, чтобы имитировать поток крови между органами в человеческом теле.
Чипы для органов – это микрофлюидные устройства, состоящие из прозрачного гибкого полимера размером с компьютерную карту памяти, который содержит два параллельно идущих полых канала, разделенных пористой мембраной и независимо перфузируемых средой для конкретного типа клеток. В то время как один из каналов, паренхиматозный канал, выстлан клетками определенного человеческого органа или функциональной структуры органа, другой выстлан эндотелиальными клетками сосудов, представляющими кровеносный сосуд. Мембрана позволяет двум компартментам связываться друг с другом и обмениваться молекулами, такими как цитокины и факторы роста, а также лекарствами и лекарственными продуктами, генерируемыми в результате метаболической активности, специфичной для органа.
Затем команда применила свою платформу автоматического связывания Interrogator и новую вычислительную модель, которую они разработали, к трем связанным органам, чтобы протестировать два препарата: никотин и цисплатин.
«Модульность нашего подхода и наличие нескольких проверенных чипов органа для различных тканей для других подходов человеческого тела на чипе теперь позволяет нам разрабатывать стратегии, позволяющие делать реалистичные прогнозы относительно фармакологии лекарств в более широком смысле», – говорит профессор. Ingber. "Его использование в будущем может значительно повысить показатели успешности клинических испытаний фазы I."
Исследователи точно смоделировали пероральное потребление никотина и внутривенное потребление цисплатина, распространенного химиотерапевтического препарата, и их первое прохождение через соответствующие органы с высококоличественными прогнозами фармакокинетических и фармакодинамических параметров человека.
«Полученные в результате рассчитанные максимальные концентрации никотина, время, необходимое для того, чтобы никотин достиг различных отделов ткани, и скорость выведения печеночных чипов в нашей модели in vitro in silico, точно отражали то, что было измерено у пациентов», – заключает доктор. Маоз.
Этот междисциплинарный исследовательский проект является кульминацией проекта Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) в Институте Висс.
Несколько авторов обоих исследований, в том числе проф. Ingber, являются сотрудниками и владеют акциями Emulate, Inc., компания, которая была выделена из Института Висса для коммерческого развития технологии Organ Chip.