Μικροτσιπ με παλλόμενα καρδιακά κύτταρα. Bioengineers put human hearts on a chip to aid drug screening

UC Berkeley researchers have created a 'heart-on-a-chip' that effectively uses human cardiac muscle cells derived from adult stem cells to model how a human heart reacts to cardiovascular medications. The system could one day replace animal models to screen for the safety and efficacy of new drugs. Credit: Photo by Anurag Mathur/Healy Lab

Παλλόμενα καρδιακά κύτταρα πάνω σε ηλεκτρονική μικροσυσκευή τοποθέτησαν αμερικανοί ερευνητές, ανοίγοντας νέες προοπτικές για τον έλεγχο των καρδιαγγειακών φαρμάκων, σύμφωνα με στοιχεία που δημοσιεύονται στο επιστημονικό έντυπο Scientific Reports.

Επιστημονική ομάδα του Πανεπιστημίου Μπέρκλεϊ της Καλιφόρνια, με επικεφαλής τον καθηγητή Εμβιομηχανικής Κέβιν Χίλι, δημιούργησαν ουσιαστικά ένα μικροτσιπ από πυρίτιο, διαστάσεων περίπου δυόμισι εκατοστών, με στόχο την ανάπτυξη ταχύτερων και ακριβέστερων μεθόδων ελέγχου της τοξικότητας των φαρμάκων.

Πιο αναλυτικά, οι ερευνητές πήραν ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστικά κύτταρα, τα οποία αναπρογραμμάτισαν ώστε να εξελιχθούν σε εξειδικευμένα καρδιακά κύτταρα. Στη συνέχεια, σχεδίασαν μια τρισδιάστατη δομή παρόμοια με αυτή μιας φυσικής καρδιάς, όπου εισήγαγαν τα κύτταρα. Μετά από 24 ώρες, τα καρδιακά κύτταρα άρχισαν να πάλλονται συντονισμένα με φυσιολογικό ρυθμό (55 έως 80 παλμούς το λεπτό).

Οι επιστήμονες δοκίμασαν την μικροσυσκευή με διάφορα φάρμακα, όπως η ισοπροτερενόλη κατά της βραδυκαρδίας και διαπίστωσαν ότι όντως οι παλμοί των καρδιακών κυττάρων αυξήθηκαν.

Wafers like the one shown here are used to create “organ-on-a-chip” devices to model human tissue. (Photo by Anurag Mathur, Healy Lab)

«Τέτοιου είδους μικροτσιπ θα αντικαταστήσουν τα πειράματα σε ζώα κατά τον έλεγχο της ασφάλειας και αποτελεσματικότητας των φαρμάκων», εξηγεί ο Δρ Χίλι. Να σημειωθεί ότι, ο καρδιακός ιστός διατηρείται λειτουργικός για πολλές εβδομάδες, οπότε υπάρχει αρκετός χρόνος προκειμένου να γίνουν ολοκληρωμένες μελέτες.

Η μέχρι σήμερα εμπειρία έχει δείξει ότι υπάρχει υψηλό ποσοστό αποτυχίας κατά την δοκιμή των νέων φαρμάκων σε πειραματόζωα, σε αφορά την επικινδυνότητα και αποτελεσματικότητα τους σε ανθρώπους. Αυτό συμβαίνει επειδή, εκ των πραγμάτων, υπάρχουν θεμελιώδεις διαφορές στη βιολογία των ανθρώπων από εκείνη των πειραματόζωων.

Σήμερα, κατά μέσο όρο χρειάζονται 5 δισεκατομμύρια δολάρια για την ανάπτυξη ενός νέου φαρμάκου και το 60% αυτού του ποσού αφορά το στάδιο της έρευνας και ανάπτυξης, το οποίο περιλαμβάνει τις δοκιμές σε πειραματόζωα. Μικροσυσκευές όπως αυτή που σχεδίασαν οι αμερικανοί ερευνητές αναμένεται να εξοικονομήσουν χρόνο και χρήμα.

Εκτός από τον έλεγχο των νέων φαρμάκων, η πρωτοποριακή μικροσυσκευή θα μπορούσε να αξιοποιηθεί μελλοντικά για τη μελέτη γενετικών παθήσεων.