Έχει αναγνωριστεί ευρέως ότι τα ζωϊκά μοντέλα για τη δοκιμή φαρμάκων και άλλων ιατρικών θεραπειών έχουν αρκετές σοβαρές ατέλειες. Σε ορισμένες περιπτώσεις, αυτές οι μέθοδοι είναι ανήθικες και σκληρές. Επιπλέον, αυτές οι μελέτες δεν είναι πάντοτε σε θέση να προβλέψουν με ακρίβεια την ανθρώπινη φυσιολογία. Πολλές από αυτές τις μελέτες έρχονται με εκτεταμένες δαπάνες, πράγμα που σημαίνει ότι κάποια φάρμακα δεν θα μπορούσαν ποτέ να φτάσουν στη φάση των δοκιμών.
Οι ερευνητές σε όλο τον κόσμο εργάζονται για την ανάπτυξη μικροσκοπικών ανθρώπινων οργάνων που θα μπορούσαν ενδεχομένως να αντικαταστήσουν τις δοκιμές σε ζώα και να επιταχύνουν τις δοκιμές φαρμάκων. Τα πειράματά τους δείχνουν ότι αυτή η αναδυόμενη τεχνολογία μπορεί να προβλέψει συχνά την ανταπόκριση του οργανισμού σε φάρμακα και ασθένειες χωρίς τη χρήση ζωντανών ατόμων. Η φαρμακοβιομηχανία εκφράζει το ενδιαφέρον της για αυτή την εκκολαπτόμενη τεχνολογία υγείας, η οποία συμβάλλει στην καύση της καινοτομίας της.
Organ-On-A-Chip για τη δοκιμή φαρμάκων
Ένα όργανο σε ένα τσιπ είναι μια συσκευή που δημιουργείται χρησιμοποιώντας μεθόδους κατασκευής μικροτσίπ. Περιέχει συνεχώς διάχυτους θαλάμους με επένδυση από ανθρώπινα ανθρώπινα κύτταρα. Το μέγεθος ενός μικρού μνήμης μνήμης υπολογιστή, αυτή η συσκευή μιμείται τη βιολογία και τις λειτουργίες των πραγματικών οργάνων και αποτελεί αναβάθμιση των υφιστάμενων συστημάτων που χρησιμοποιούνται σήμερα (όπως τα ζωντανά κύτταρα που καλλιεργούνται σε ένα πιάτο Petri).
Οι επιστήμονες έχουν ήδη αναπτύξει διαφορετικά όργανα σε τσιπ: τον πνεύμονα, την καρδιά, το έντερο και το συκώτι.
Το πνεύμονα σε τσιπ, για παράδειγμα, περιέχει τόσο πνευμονικά όσο και τριχοειδή κύτταρα με μία πλευρά εκτεθειμένη σε ένα όμοιο με το αίμα μέσο και το άλλο για τον αέρα. Αυτό παρέχει στους επιστήμονες την εικόνα του τμήματος του πνεύμονα όπου συμβαίνει η ανταλλαγή αερίων. Αυτή είναι η περιοχή όπου συχνά εμφανίζονται πνευμονικά προβλήματα όπως λοιμώξεις και καρκίνος.
Το πνεύμονα-πλάκα είναι ευέλικτο, έτσι τεντώνεται και συστέλλεται σαν έναν ανθρώπινο πνεύμονα - αναπαράγοντας τη λειτουργία του ζωντανού οργάνου.
Η τεχνολογία organs on chips προέρχεται από τα εργαστήρια του Ινστιτούτου Wyss για Βιολογικά Εμπνευσμένη Μηχανική στο Πανεπιστήμιο του Harvard. Ορισμένες εμπορικές εταιρείες κατασκευάζουν τώρα μάρκες που αναπαράγουν επίσης ένα άρρωστο όργανο. Άλλοι επικεντρώνονται στον τρόπο με τον οποίο τα φάρμακα - τόσο ήδη εγκεκριμένα όσο και νέα - αναπτύσσονται - συμπεριφέρονται σε αυτές τις συσκευές σε σύγκριση με το ανθρώπινο σώμα. Καθώς οι φαρμακευτικές εταιρείες συμφωνούν ότι η επένδυση στην τεχνολογία chip είναι μια αξιοπρεπής επιδίωξη, οι περαιτέρω επενδύσεις και οι επακόλουθες βελτιώσεις θα καταστήσουν τα όργανα σε τσιπ ακόμα πιο χρήσιμα στο μέλλον.
Πέρυσι, η Emulate ανακοίνωσε ερευνητική συνεργασία με την Johnson & Johnson και το Ινστιτούτο Wyss για την αξιολόγηση της πλατφόρμας θρόμβωσης σε τσιπ, η οποία θα μπορούσε ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί για τη δοκιμή φαρμάκων που είναι γνωστό ότι προκαλούν θρόμβους αίματος. Το τσιπ μοντέλα διαφορετικούς παράγοντες που θα μπορούσαν να συμβάλουν στην ανάπτυξη ενός θρόμβου αίματος. Εάν είναι επιτυχής, αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε δοκιμές κλινικών φαρμάκων για την ελαχιστοποίηση του κινδύνου που προκαλούν ορισμένα φάρμακα - όπως ανοσοθεραπευτικά και ογκολογικά φάρμακα - γνωστά για πιθανές παρενέργειες που σχετίζονται με την πήξη του αίματος.
Οι πρόσφατες εξελίξεις στην ανάπτυξη των στοιχειωδών οργάνων από τα βλαστικά κύτταρα θα μπορούσαν επίσης να υποστηρίξουν την τεχνολογία organ-on-a-chip. Τα πειράματα δείχνουν ότι τα ανθρώπινα βλαστοκύτταρα μπορούν να προγραμματιστούν ώστε να παράγουν διαφορετικούς τύπους ιστών. Παρόλο που θα χρειαστεί λίγος χρόνος για να χρησιμοποιηθεί αυτή η τεχνική για την ανάπτυξη εξατομικευμένων οργάνων για ασθενείς με μεταμόσχευση, μπορεί ήδη να εφαρμοστεί για την ανάπτυξη ανθρώπινου ιστού για μοντέλα οργάνων-α-τσιπ.
Θα έρθει σύντομα να είναι άνθρωπος σε α-τσιπ;
Οι επιστήμονες του ινστιτούτου Wyss εργάζονται τώρα σε ένα φιλόδοξο έργο: Ψάχνουν να συνδέσουν διάφορα όργανα-σε-τσιπ για να δημιουργήσουν ένα αντίγραφο ολόκληρου του ανθρώπινου σώματος.
Αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει τις δοκιμές φαρμάκων με έναν απαράμιλλο τρόπο. Πολλά in vitro "υποκείμενα" θα μπορούσαν να δοκιμαστούν και να αναλυθούν για την απόκριση τους σε ένα συγκεκριμένο φάρμακο σε σύντομο χρονικό διάστημα.
Ο Homo chippiens , καθώς το μοντέλο έχει μεταγλωττιστεί με χιουμοριστικό τρόπο, έχει επίσης εξερευνηθεί από την Υπηρεσία Προστασίας του Περιβάλλοντος των ΗΠΑ ως εναλλακτικό μοντέλο για τη μελέτη των επιπτώσεων των περιβαλλοντικών τοξινών, όπως οι επιπτώσεις της διοξίνης και της δισφαινόλης Α (BPA) στο ανθρώπινο ήπαρ.
Προς το παρόν, σχεδόν κάθε νέο φάρμακο πρέπει να υποβληθεί σε μια μακρά κλινική δοκιμή καθώς και να δοκιμαστεί στον άνθρωπο πρώτα πριν να χτυπήσει στην αγορά. Η ανάπτυξη μικροσκοπικών ανθρώπινων οργάνων μπορεί να καταστήσει τη διαδικασία ανάπτυξης βραχύτερη παρακάμπτοντας ένα τμήμα του δοκιμαστικού πρωτοκόλλου ενός νέου φαρμάκου. Ωστόσο, ορισμένοι ειδικοί προειδοποιούν ότι τα τσιπ δεν μπορούν να καταγράψουν την πλήρη πολυπλοκότητα ενός ανθρώπινου οργάνου και ότι αυτή η τεχνολογία έχει περιορισμούς που θα πρέπει να αντιμετωπιστούν πριν γίνουν χρήσιμοι ως πραγματικές εναλλακτικές λύσεις στα πραγματικά όργανα.