Медицина 2.0

Отдельные органы человека, плавающие в сосудах, стали главным кинематографическим штампом, применяемым при демонстрации лаборатории сумасшедшего ученого. Но специалисты из Института Висса в Гарварде пошли дальше. Они создают органы на чипах: устройство размером с палец, содержащее живые клетки, и имитирующее поведение соответствующего человеческого органа.



Современное развитие медицины дошло уже до того, что учеными было создано легкое на чипе, а также кишечник, почка, и костный мозг. Сейчас в работе находится сердце. Такие устройства могут радикально ускорить процесс испытания лекарств, который сегодня является дорогостоящим, неэффективным, и зачастую, смертельным для многих животных, а также пролить свет на то, как развиваются заболевания.



Создаваемые учеными искусственные органы на чипах, больше похожи на чипы, чем на сами органы. Они представляют собой прозрачные пластмассовые блоки с микроскопическими каналами, проходящими через них, и подсоединенными к трубкам и проводам. "Это - физически минимальное, функциональное представление органа", - говорит д-р Дональд Ингберг, который руководит институтом и работает с учеными, создавая различные устройства.



Легкое на чипе имеет канал, проходящий через его центр, и пористую мембрану, разделяющую его по длине. С одной стороны от мембраны расположен слой клеток от человеческих капилляров, через которые протекает жидкость, напоминающая кровь. С другой стороны мембраны располагается слой легочных альвеол, через которые проходит воздух. Как и в реальном легком, взаимодействие этих двух типов клеток извлекает кислород из воздуха и помещает его в кровь. По мере того, как легкое "дышит", тонкий пластик вокруг чипа расширяется и сжимается.



Создание подобных искусственных органов стало возможным благодаря развитию полупроводниковой отрасли, которая достигла возможности точного производства в масштабах клеток. Но не последнюю роль здесь сыграл и рост среди биологов понимания роли, которую играют механические факторы в развитии и функционировании организма человека. Сам Ингберг проводил обширные исследования, которые иллюстрируют это, показав, например, что простое сжатие определенных клеток у эмбриона мыши, приводит к тому, что эти клетки впоследствии развиваются в различные органы.



Благодаря созданию органов на чипе, в скором времени будут не нужны ни опыты над животными, ни стерилизация изделий медицинского назначения. Исследования и испытания препаратов будут поводиться на искусственных органах, специально созданных для этих целей.



Желудок на чипе, разработанный специалистами Института Висса, показывает то же самое, но по-своему. Миниатюрный искусственный орган имитирует перистальтику, волнообразные сокращения пищеварительной системы человека. При этом он поразил своих создателей тем, насколько хорошо повторяет функционирование реального органа. Когда капризные микроорганизмы, живущие в реальном кишечнике человека (и выполняющие там жизненно необходимые функции) были введены в чип, они обнаружили окружающую среду, вполне соответствующую реальной. А ученые, разработавшие легкое на чипе, выяснили, что они могут использовать его для прогнозирования того, как легкое в живых, дышащих животных накапливают частицы, загрязняющие воздух. Благодаря новым исследованиям в этой области ожидается стремительное развитие медицины и открытие лекарств от тех болезней, которые ранее вылечить было невозможно.



Институт Виса проводит совместные работы с рядом фармакологических компаний, направленные на разработку методов испытаний лекарств с использованием искусственных органов на чипах. Тесты на животных, в конечном счете, оказываются дорогостоящими, противоречивыми, и часто не позволяют предсказать, как на данное лекарство будет реагировать организм человека. Как говорит Ингберг, чипы также позволят ученым наблюдать как механизм болезней, так и действие лекарств.



«Иногда вы считаете, что лекарства работают определенным образом. Вы даете их в течение месяца, затем убиваете животное и проводите гистологическое исследование», - говорит Ингберг. «Это означает, что вы можете сделать вывод о механизме после факта. Чипы, с другой стороны, позволят специалистам наблюдать процесс в реальном времени. После того, как эта технология будет усовершенствована, они станут дешевле, и тесты могут повторяться с меньшими затратами».



После того, как на чипах будет разработано достаточное количество органов, Инберг намерен создать весь организм человека на чипах. Фармакологические компании могли бы испытывать лекарства на всем организме, или на специфическом подмножестве органов, просто соединяя их вместе, как елочные гирлянды.

Иллюстрация к статье: Яндекс.Картинки