211service.com
Levermodellen Ga naar de markt
Door geneesmiddelen veroorzaakte toxiciteit is de belangrijkste oorzaak van acuut leverfalen in de Verenigde Staten. Traditionele screeningstests voor geneesmiddelen slagen er soms niet in om potentiële toxiciteitsproblemen aan het licht te brengen voordat geneesmiddelen klinische proeven bereiken of zelfs slagen. Dit brengt patiënten in gevaar en leidt tot terugroepacties die kostbaar zijn voor farmaceutische bedrijven. Nu vormen twee MIT-groepen die nieuwe systemen hebben ontwikkeld voor het modelleren van de menselijke lever in het laboratorium startups om hun producten op de markt te brengen.
Toxiciteitstest: Levercellen gekweekt in microgestructureerde culturen zoals deze, die ongeveer 500 micrometer breed zijn, bootsen het levende orgaan beter na dan cellen die op traditionele wijze zijn gekweekt. De levercellen vormen zelfs transportsystemen die galwegen worden genoemd (in deze afbeelding gevuld met fluorescerende kleurstof).
TE-bio, opgericht door Linda Griffith , Steven Tannenbaum , en Walker Inman wordt volgend jaar gelanceerd in samenwerking met Dupont en is in gesprek met Pfizer als potentiële onderzoekspartner. Hun microschaal leverweefsels zijn driedimensionaal. Hepregen, opgericht door Sangeeta Bhatia en Salman Khetani , heeft celculturen ontwikkeld die bestaan uit platen met meerdere putjes, die elk tweedimensionale, gestructureerde gezwellen van levercellen bevatten omringd door ondersteunende cellen. Hepregen zamelt momenteel geld in en praat met Merck en Novartis. Beide modellen functioneren beter dan de traditionele celculturen die door farmaceutische bedrijven worden gebruikt, omdat ze de structurele complexiteit van de menselijke lever proberen na te bootsen.
Er is een groeiende erkenning van de behoefte aan in vitro-alternatieven in de toxicologie, zegt Michael Shuler , een professor in scheikunde aan de Cornell University. Slechts één op de tien door farmaceutische bedrijven geteste verbindingen wordt een product, zegt Shuler, en de helft van de storingen is te wijten aan toxiciteit.
Voordat een verbinding naar klinische proeven kan worden gebracht, moet deze worden gescreend op toxiciteit op cellen in kweek en bij dieren, meestal knaagdieren. Er is momenteel geen goede manier om te voorspellen of een verbinding toxisch is voor de mens, zegt Tannenbaum, hoogleraar toxicologie en chemie aan het MIT. Testen op dieren zal nooit alle menselijke toxiciteit kunnen voorspellen. En ook de testen die gedaan worden in simpele celculturen kennen grote beperkingen.
De lever is een complex orgaan met veel verschillende celtypen, zegt Tannenbaum. Deze cellen wisselen chemische signalen uit en oefenen zelfs mechanische krachten op elkaar uit die helpen hun functie te behouden; ze vormen complexe structuren, waaronder galwegen. Om enige functionaliteit [in een model] te krijgen, moet je meerdere celtypen hebben georganiseerd in een structuur zoals een lever, zegt hij. Wanneer cellen uit de lever worden gehaald en met traditionele middelen worden gekweekt, veranderen hun genexpressieprofielen zeer snel en beginnen ze binnen een paar dagen te verslechteren.
Deze week publiceerden Bhatia en Khetani een paper in Natuur Biotechnologie dat de leverachtige functies van de cellen in hun culturen beschrijft. Ze maken de culturen door levercellen te zaaien op plastic platen die zijn voorzien van micropatronen met ronde vlekken van collageen. De cellen komen samen op het collageen en worden vervolgens omringd door ondersteunende cellen die fibroblasten worden genoemd. Levercellen die in dit zorgvuldig gecontroleerde patroon zijn gerangschikt, zijn betere nabootsers van de menselijke lever dan levercellen die alleen groeien. Gedurende vier tot zes weken behouden deze cellen genexpressieprofielen die vergelijkbaar zijn met die van levercellen in het menselijk lichaam; ze blijven de enzymen produceren die medicijnen afbreken en wijzigen; en ze vormen zelfs functionerende galwegen, belangrijke transportsystemen in de lever. Toen de clusters van levercellen werden blootgesteld aan bekende menselijke levertoxines, vertoonden ze dezelfde relatieve toxische effecten.
Belangrijk is dat de cellen bij blootstelling aan lage doses van bepaalde medicijnen gedurende een periode van weken, chronische toxiciteit vertoonden. Een dergelijke toxiciteit is klinisch significant gezien de manier waarop mensen medicijnen gebruiken - elke dag gedurende lange tijd - maar het is niet mogelijk om chronische effecten op te sporen in conventionele leverculturen omdat ze te vroeg sterven.
Deze cellen zien er volgens veel criteria extreem [lever]-achtig uit, zegt Charles Rice , die de leiding geeft Centrum voor de Studie van Hepatitis C aan de Rockefeller-universiteit. Bhatia's leverculturen zijn dichter bij in vivo dan traditionele weefsels die worden gebruikt om de lever in het laboratorium te bestuderen, zegt Rice, of het nu gaat om leverkankercellijnen of snel verslechterende plakjes leverweefsel. De schaal en precisie is werkelijk adembenemend. Farmaceutische bedrijven zullen behoorlijk geïnteresseerd zijn. Rice werkt samen met Bhatia om de levermodellen te gebruiken om hepatitis C te laten groeien, met goede voorlopige resultaten. Het virus, dat 3 procent van de wereldbevolking infecteert en de belangrijkste oorzaak is van levertransplantaties in de Verenigde Staten, is moeilijk te bestuderen in het laboratorium.
Deze beter functionerende kweeksystemen kunnen ook helpen bij het opsporen van medicijnen die giftig zijn voor het hart. Weten hoe deze verbindingen in de lever worden verwerkt, is van cruciaal belang. Een medicijn dat in zijn oorspronkelijke staat onschadelijk is, kan worden omgezet in een hart-toxische verbinding nadat het door de lever is gegaan, zegt Cornell's Shuler. Nieuwe manieren om de lever te bestuderen, maken het praktisch om de toxiciteit van niet alleen het medicijn zelf, maar ook zijn metabolieten te testen. Shuler ontwikkelt wat hij een lichaam op een chip noemt, een microfluïdisch systeem dat meerdere weefseltypes verbindt om de interactie van organen in het lichaam na te bootsen. Hij zegt dat de culturen van Bhatia op zo'n systeem kunnen worden aangesloten om het levercompartiment te voorzien. (Shulers werk is gecommercialiseerd door Hμrel van Beverly Hills, CA. Vorig jaar kondigde Hµrel een samenwerking aan met het farmaceutisch bedrijf Schering-Plough .)
Een andere mogelijkheid die deze nieuwe levermodellen openen, is die van het testen van de effecten van medicijncombinaties. Patiënten nemen vaak meer dan één medicijn tegelijk, en medicijnen die veilig zijn als ze alleen worden ingenomen, kunnen onverwachte toxische interacties met elkaar hebben. De nieuwe levermodellen kunnen worden gebruikt om studies met hoge doorvoer te doen, en ze zouden het praktischer moeten maken om medicijncombinaties te testen op mogelijke toxiciteit, zegt Shuler.
Dit zal een revolutie teweegbrengen in de manier waarop drugstests worden uitgevoerd, voorspelt Tannenbaum. Hepregen zal komend jaar bètatesten starten bij farmaceutische bedrijven; medeoprichter van het bedrijf Salman Khetani zegt dat hij en zijn collega's ongeveer een jaar verwijderd zijn van de verzending van hun producten.