Innowacyjna technologia umożliwiająca pomiar parametrów elektrofizjologicznych w trójwymiarowych kulturach in vitro umożliwia osiągnięcie postępów w dziedzinie testowania nowych substancji leczniczych oraz opracowywania bezpieczniejszych leków.
Opracowywanie nowych leków jest niezwykle czasochłonnym procesem – badania przedkliniczne i kliniczne mogą trwać nawet 15 lat. Co więcej, blisko 10 % nowych leków nie przechodzi pomyślnie badań klinicznych ze względu na zastosowanie niewłaściwych modeli na etapie badań przedklinicznych, które nie pozwalają na skuteczne oszacowanie ich skuteczności, toksyczności, farmakokinetyki oraz farmakodynamiki.
Innowacyjna technologia narządów na układach cieszy się coraz większą popularnością jako przedkliniczny model wykorzystywany w celu badania skuteczności i toksyczności leków, wyprzedzając konwencjonalne dwuwymiarowe kultury komórkowe. Nowatorskie rozwiązanie składa się z zestawu kanałów mikroprzepływowych i komór, do których trafiają żywe komórki. Całość ma za zadanie odzwierciedlanie struktury oraz funkcjonowania ludzkich narządów. Najważniejszą zaletą takiego rozwiązania jest to, że pozwala naukowcom badać złożone procesy fizjologiczne w kontrolowanym środowisku laboratoryjnym.
Pomiar właściwości elektrycznych tkanek narządów na układach
Zapewnienie integralności oraz nieprzerwanego funkcjonowania narządów na układach było celem badaczy projektu PORTable STaNDOuTs, którzy zaproponowali włączenie do ich struktury czujnika stosowanego dotychczas do pomiaru barier tkanek nabłonkowych i śródbłonkowych. Tego rodzaju tkanki występują w różnych obszarach organizmu, w tym w skórze, oczach i jelitach. Ich zadaniem jest utrzymanie homeostazy narządów i regulowanie interakcji z innymi tkankami oraz narządami.
Badania w ramach projektu PORTable STaNDOuTs zostały zrealizowane dzięki wsparciu działania „Maria Skłodowska-Curie”. Dzięki temu Divyasree Prabhakaran, specjalistka zajmująca się nowymi materiałami i bioczujnikami, mogła dołączyć do zespołu badawczego. Prace obejmowały pomiar oporu elektrycznego monowarstw komórek wchodzących w skład narządu na układzie metodą pomiaru przeznabłonkowej rezystancji elektrycznej (TEER). Metoda TEER pozwala na ilościowe określenie jonów i cząsteczek przedostających się przez bariery komórkowe w szybki i nieinwazyjny sposób, dzięki czemu stanowi źródło cennych informacji na temat działania komórek i tkanek.
„Naszym celem była ocena właściwości barierowych narządów na układach wykorzystujących wielodołkowe systemy hodowli komórek, która stanowi dokładny sposób monitorowania warunków fizjologicznych i odpowiedzi na leki”, wyjaśnia Antoni Homs Corbera, koordynator projektu.
Zespół opracował nowatorską wielodołkową płytkę do hodowli komórek wyposażoną w czujniki, która została połączona z innymi opatentowanymi technologiami spółki Cherry Biotech SAS w celu zbudowania prototypu czujnika pozwalającego na uzyskiwanie pomiarów z hodowli 3D ludzkich komórek w kontrolowanych warunkach przez okres kilku dni. Monitorowane parametry pozwoliły na dokładne oszacowanie przepuszczalności tkanek w czasie rzeczywistym oraz opracowanie prognoz przepuszczania leków przez te bariery na wczesnych etapach procesu wytwarzania nowych leków.
Mnogość zastosowań
„Jednym z kluczowych osiągnięć projektu PORTable STaNDOuTs było zapewnienie zgodności czujnika TEER ze standardowymi rozwiązaniami wykorzystywanymi w badaniach doświadczalnych, co może przyczynić się do popularyzacji mikrofluidyki i rozwiązań z dziedziny narządów na układach w badaniach toksyczności leków”, podkreśla Homs Corbera.
Głównym celem badań jest opracowanie niezawodnej platformy mikroprzepływowej, która zaoferuje możliwość jednoczesnego monitorowania różnych parametrów biochemicznych i fizjologicznych, takich jak TEER, stężenie rozpuszczonego tlenu, pH, poziomu glukozy oraz mleczanu.
Zbudowanie tego rodzaju kompleksowego urządzenia wyposażonego w komórki odzwierciedlające jelita, wątrobę oraz nerki pozwoliłoby na przeprowadzanie niezawodnych ocen wchłaniania, dystrybucji, metabolizmu i wydalania leku. Co więcej, takie rozwiązanie pozwoli zarówno na ocenę wpływu badanej substancji na integralność tkanek, jak i toksyczności produktów metabolizmu leków zażywanych doustnie dla narządów. Tego rodzaju układ pozwoliłby docelowo na zakończenie praktyki testowania produktów leczniczych na zwierzętach.
Wykorzystanie innych innowacyjnych technologii, takich jak modele sztucznej inteligencji, w ramach przyjaznej dla użytkowników końcowych platformy pozwalającej na prowadzenie badań bez konieczności uprzedniego odbywania zaawansowanych szkoleń, pozwoli na dalszy rozwój możliwości rozwiązania.
Zespół projektowy zamierza kontynuować prace nad połączeniem nowatorskich czujników elektrofizjologicznych z platformami do testowania leków i dopracowywać zrealizowane rozwiązania. Badacze planują także weryfikację skuteczności platformy na podstawie badań z wykorzystaniem leków o znanej farmakokinetyce i farmakodynamice, zweryfikowanych w badaniach z udziałem ludzi.
Komentarze
[ z 0]