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Organ-on-a-Chip ahmt tödlichen Lungenzustand nach
Forscher am Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering an der Harvard University haben gezeigt, dass ihre Lunge-on-a-Chip-Technologie eine lebensbedrohliche Lungenerkrankung nachahmen kann. Sie berichten auch, dass Wissenschaftler mit dem Lungenchip neue Aspekte der Krankheit aufdecken können, die in Tierversuchen nicht gefunden würden.
Laborlunge: Flüssigkeit und Luft werden in die verschiedenen Kanäle dieses Lunge-on-a-Chip gepumpt, um die menschliche Lungenfunktion nachzuahmen
Der lernen , veröffentlicht in der heutigen Wissenschaft Translationale Medizin , ist der erste definitive Beweis dafür, dass die organnachahmenden Chips des Instituts, zu denen ein Darm, ein Herz und eine Niere gehören (siehe Aufbau eines Organs auf einem Chip), verwendet werden können, um eine Krankheit zu modellieren und sogar Medikamentenkandidaten zu testen.
Das Lung-on-a-Chip-Gerät ist ein durchsichtiger, flexibler, daumengroßer Polymerblock, der von zwei winzigen Kanälen perforiert ist, die durch eine dünne Membran getrennt sind. Luft strömt durch einen Kanal, der mit menschlichen Lungenzellen ausgekleidet ist; eine nährstoffreiche Flüssigkeit, die als Blutersatz fungiert, durchströmt die andere, die mit Blutgefäßzellen ausgekleidet ist. Ein an den Chip angelegter Unterdruck bewegt die Kanäle, um die Art und Weise nachzubilden, wie sich das menschliche Lungengewebe beim Atmen physisch ausdehnt und zusammenzieht.
Die Studie, die vom Wyss Institute-Stipendiaten Dongeun Huh geleitet wurde, konzentrierte sich auf Lungenödeme, eine Erkrankung, bei der Flüssigkeit und Blutgerinnsel die Lunge füllen. Es kann durch Herzinsuffizienz sowie durch die Nebenwirkungen eines gängigen Krebsmedikaments verursacht werden. Die Forscher injizierten das Krebsmedikament in den blutgefäßähnlichen Kanal und stellten fest, dass Flüssigkeit und Blutplasmaproteine über die Membran in den Luftkanal austraten, ähnlich der Nebenwirkung des Medikaments bei Patienten.
Dies führte zu zwei überraschenden Entdeckungen, sagt Geraldine Hamilton, Koautorin der Studie und leitende Mitarbeiterin von Wyss. Einer davon war, dass das Immunsystem, das im Chip nicht vertreten war, nicht, wie bisher angenommen, die Leckage-Nebenwirkung verursachen musste. Zweitens stellte das Team fest, dass sich die Leckage verschlechterte, wenn sie das Vakuumsystem anschalteten, um atemähnliche Bewegungen zu erzeugen, ein weiterer unbekannter Aspekt des Lungenödems.
Die Forscher zeigen auch, dass ein GlaxoSmithKline-Medikamentenkandidat die Leckage im Chipsystem verhindern könnte (GSK-Forscher waren auch Mitautoren der Wyss-Studie). In einem separaten lernen in derselben Ausgabe von Wissenschaftsübersetzung Medizin, GSK-Forscher demonstrieren an Mäusen mit Herzinsuffizienz, dass ihr Medikament Lungenödeme reduzieren kann und hilft, das Chipsystem zu validieren, sagt Hamilton. Die Realität sieht so aus, dass noch viele Jahre lang Tiere für klinische Tests benötigt werden, aber das bringt uns der Suche nach Alternativen einen Schritt näher, sagt sie.
Es gibt Skeptiker. Organ-on-Chip-Systemen fehlt die typische Umgebung, der ein Organ ausgesetzt wäre, wie die verschiedenen Hormone und andere molekulare Signale, die ständig im Körper eines Organismus zirkulieren, sagt Michael Hayward, leitender Wissenschaftler bei Cranbury, New Biowissenschaftsunternehmen mit Sitz in Jersey Taconic . Hayward, der sich auf die Entwicklung von Tiermodellen für menschliche Krankheiten spezialisiert hat, stellt außerdem fest, dass die meisten Krankheiten viele Organe betreffen und dass das Verständnis, wie verschiedene Organe zusammenwirken, um einen Krankheitszustand zu verursachen, außerhalb der Reichweite eines einzigen Organnachahmungsgeräts wäre.
Hamilton räumt ein, dass sowohl die Industrie als auch die Aufsichtsbehörden eine umfassende Validierung der Organ-on-Chip-Technologie wünschen, bevor sie als Alternative zu Tieren eingesetzt wird, aber die potenziellen Vorteile der Chip-Technologie seien in der heutigen Studie offensichtlich, sagt sie. Wir ahmen nicht nur die klinische Reaktion nach, sondern haben auch etwas Neues herausgefunden. Dies ist ein Einblick in die Auswirkungen, die dies auf die zukünftige Wirkstoffforschung und -entwicklung haben könnte, sagt sie. Sie könnten nicht nur das Tier ersetzen, sondern Sie gewinnen weitere Erkenntnisse.
Und eines Tages könnten sie beginnen, die Bedenken von Hayward und anderen hinsichtlich der isolierten Natur ihrer Geräte auszuräumen. Unser oberstes Ziel, das ein hohes Risiko darstellt, ist nicht nur die Entwicklung von Krankheitsmodellen, sondern die Entwicklung eines integrierten Body-on-a-Chip, mit dem wir beginnen können, diese Organe zu verbinden, was uns der Nachahmung der gesamten menschlichen Reaktion einen Schritt näher bringt. Sie sagt.