211service.com
Een orgel bouwen op een chip
De manier waarop farmaceutische bedrijven medicijnen testen is kapot en Donald Ingber heeft een idee hoe dit te repareren.
Wetenschappers testen doorgaans potentiële geneesmiddelen op dieren, maar vaker wel dan niet, falen de voorspellingen van dieren wanneer een verbinding op mensen wordt getest, zegt Ingber, directeur van het Wyss Institute van Harvard University. Het uitvoeren van eerste tests op mensen is natuurlijk te gevaarlijk. Onze voorgestelde oplossing is om studies te doen met menselijke cellen, zegt hij, maar niet alleen met cellen in een schaaltje - cellen die orgelachtige structuren en functies vertonen.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van juli 2012
- Zie de rest van het nummer
- Abonneren
Om dit te bereiken, ontwikkelen Ingber en zijn team een menagerie van apparaten op microschaal die de structuren en omgevingen van echte menselijke organen beter nabootsen dan een eenvoudig kweekschaaltje.
Het eerste orgaan van het Wyss Institute was een ademende long op een microchip. Het transparante apparaat ter grootte van een duim is gemaakt van celvriendelijke materialen en dient als platform voor het kweken van menselijke longcellen. Kleine kanaaltjes snijden door het apparaat. Lucht en vloeistof stromen door de centrale kanalen, waar de longcellen worden gekweekt, en omdat het apparaat flexibel is, kunnen wetenschappers vacuümdruk uitoefenen op de zijkanalen zodat de centrale kanalen uitzetten en samentrekken - net zoals menselijke longen. Het team heeft aangetoond dat dergelijke mechanische krachten het gedrag van de cellen beïnvloeden. In het geval van de longcellen helpt de mechanische ademhaling hen om deeltjes te absorberen die in de luchtkamer stromen.
Meer recent heeft het instituut een menselijke darm ontwikkeld op een microchip. Het centrale kanaal van het apparaat, dat is bekleed met menselijke cellen, kan worden onderworpen aan golfachtige bewegingen die de beweging van de darmen tijdens de spijsvertering nabootsen. In de chip vormen de cellen vingerachtige structuren die bekend staan als villi en die belangrijk zijn voor de opname van voedingsstoffen en andere verbindingen. Deze structuren vormen zich niet wanneer cellen in een schaaltje worden gekweekt, wat suggereert dat de cellen zich meer thuis voelen in het apparaat. Wetenschappers kunnen ook gewone darmbacteriën samen met de darmcellen in het kanaal laten groeien. In een kweekschaal halen de bacteriën meestal de menselijke cellen in, zegt Ingber; nu kunnen we veel complexere interacties bestuderen.
Individueel geeft elke orgaanachtige chip onderzoekers de kans om menselijke cellen in een meer natuurlijke omgeving te bestuderen en te testen hoe ze reageren op medicijnen en toxines. Maar Ingber werkt aan een grotere visie waarin verschillende chips aan elkaar worden gekoppeld. Door de microfluïdische versies van een hart, long, darm, nier en meer met elkaar te verbinden, geloven Ingber en zijn collega's, dat ze beter kunnen bestuderen hoe het lichaam verschillende verbindingen verwerkt en erop reageert.
Een van de projecten die momenteel lopen met Wyss-faculteitslid Kevin Kit Parker is het testen van inhalatiemedicijnen op negatieve effecten op het hart - een al lang bestaand probleem bij het ontdekken van medicijnen. Cardiale toxiciteit is eigenlijk de grootste oorzaak van het falen van medicijnen, ongeacht waar ze zich op richten, zegt Ingber.