Созданы лёгкие человека на микрочипе

Созданы лёгкие человека на микрочипе. Поскольку новые чипы прозрачны, исследователи могут легко наблюдать под микроскопом за различными реакциями живой ткани на внешние раздражители, чего затруднительно достичь в случае работы с настоящим модельным организмом и тем более – с человеком.

Отчасти живой чип, воспроизводящий на клеточном уровне функции органа дыхания человека, откроет новую главу в биомедицинских исследованиях и фармацевтике. Так считают его авторы — Дональд Ингбер директор института бионики Вайса, его коллеги по учреждению, а также учёные из медицинской школы Гарвардаи Бостонского детского госпиталя.

Ключевой элемент лёгких – это трёхслойная мембрана в альвеолах. Она обеспечивает не только газообмен, но и ряд других функций вроде активации иммунной системы. Состоит такая мембрана из клеток лёгких, проницаемого внеклеточного матрикса и клеток кровеносных капилляров. Именно этот «интерфейс» и воспроизвели исследователи внутри микроканального чипа.

В роли матрикса выступила тончайшая резиновая мембрана с множеством микроскопических отверстий. По обе стороны от неё учёные поместили живые человеческие клетки, соответственно капиллярные и клетки лёгких. Со стороны последних вакуумный насос имитировал цикл дыхания, а с противоположной стороны чипа учёные пропускали жидкость, имитирующую кровоток.

Для создания чипа-лёгких пришлось соединить методы компьютерной отрасли и микромеханики с тканевой инженерией (фото Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering).

Со стороны клеток лёгких учёные ввели бактерии E. coli, а со стороны искусственных капилляров — белые клетки крови. Клетки лёгких обнаружили бактерии, через пористую мембрану они активировали клетки сосудов, которые, в свою очередь, вызвали иммунный ответ. Так белые клетки крови перешли к воздушной камере и уничтожили бактерии.

Помимо прочего специалисты проверили воздействие на лёгкие-чип различных наночастиц, которые содержатся в некоторых продуктах и также являются загрязнителями воздуха и воды.

Так обнаружилось, что механический процесс дыхания увеличивает поглощение таких частиц стенками лёгких и многие из частиц переходят из воздушного канала в кровь. Некоторые частицы вызвали у живых клеток в приборе перепроизводство свободных радикалов и воспаление. Ранее такие эффекты исследователи могли наблюдать лишь на лабораторных животных (иллюстрация Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering).

Создатели чипа уверяют, что проверка воздействия на лёгкие человека токсинов или, напротив, лекарств с новым чипом окажется более быстрой и менее дорогой, нежели с прежними методами. В планах: испытание нового чипа на газообмен между кровью и воздухом, а также создание аналогичных чипов — имитаторов кишечника и костного мозга. Позднее учёные попробуют объединить несколько таких устройств, сделав шаг к модельному «организму на чипе».

Детали изложены в статье в Science и пресс-релизе медицинской школы Гарварда. Читайте также о биохимической лаборатории на чипе проверяющей сразу тысячи реакций, микрочипе – анализаторе крови, чипе, объединённом с нейронами и тестировании лекарств на левитирующих клетках.