Chip do testowania nowych leków

Jednym z największych wyzwań, z jakim mierzą się przedsiębiorstwa farmaceutyczne jest obniżenie wielomilionowych kosztów opracowywania leków i skrócenie czasu wprowadzania preparatów na rynek, aby je w pełni wykorzystać przed wygaśnięciem ochrony patentowej. To skłoniło UE do wsparcia na wczesnym etapie prac projektu badawczego o nazwie Body-on-a-Chip (z ang. Organizm-na-Chipie, BOC), w ramach którego hodowlę komórek 2D, stosowaną tradycyjnie do testowania leków, zastąpiło wielotkankowe urządzenie, które lepiej symuluje rzeczywiste warunki panujące w organizmie, łącząc na jednym chipie kilka swoistych dla narządów hodowli 3D. Następnie naukowcy opracowali prototyp BOC, aby ocenić zagrożenie toksykologiczne stwarzane przez nowe, kandydackie związki chemiczne i ich skuteczność przed rozpoczęciem formalnych badań klinicznych.

„Sektor farmaceutyczny ponosi ogromne straty finansowe z powodu nadmiernie przedłużających się prac nad kandydatami na leki, które ostatecznie okazują się na dalszym etapie nieskuteczne” – wyjaśnia koordynator BOC, dr Jan Lichtenberg z Insphero, szwajcarskiego przedsiębiorstwa start-up. „Motto sektora to im szybsza porażka, tym lepiej. Przedsiębiorstwa chcą jak najszybciej poznać toksyczność leku, aby wyeliminować niepowodzenia ze swojego programu, oszczędzając dzięki temu miliony euro, a czasami nawet miliardy z powodu utraty klientów”.

Poznawanie długofalowej toksyczności leków

Tradycyjnie potencjalną szkodliwość leków testuje się na komórkach wyhodowanych na płytkach w formacie 2D. Problem z hodowlą komórek 2D polega na tym, że mogą one stracić swoją funkcjonalność w czasie mniej więcej 48 godzin – jak np. w przypadku komórek wątroby – przez co testy wykazują jedynie toksyczność ostrą, czyli takie leki, które są szkodliwe dla pacjenta niemal niezwłocznie po podaniu.

Naukowcy z projektu BOC umieścili hodowle komórek 3D (sferoidalne mikrotkanki reprezentatywne dla narządów człowieka, takich jak wątroba czy serce) w przedziałach połączonych maleńkimi rurkami, symulując w ten sposób kontekst fizjologiczny i warunki złożonego organizmu. Rozwijanie mikrotkanek 3D na chipie, zamiast hodowania ich in situ oznacza, że mogą przetrwać aż 60 dni, umożliwiając testowanie długofalowych następstw toksyczności.

Testowany lek przechodzi w substancji biogennej przez różne przedziały odpowiadające „narządom”, a metody analityczne, takie jak spektrometria mas, umożliwiają analizę metabolitów leku. Dzięki BOC identyfikowane są metabolity leków i ich oddziaływanie na inne badane tkanki. Testowany związek chemiczny może być przekształcany przez enzymy wątroby na metabolity silniejsze od pierwotnego związku chemicznego, potencjalnie toksyczne. Toksyczność metabolitu jest wykrywalna również za pomocą klasycznej hodowli 2D.

Wielotkankowe urządzenie może trafić na rynek w ciągu trzech lat

W toku prac nad projektem sprawdzone zostało urządzenie zawierające komórki szczurze, reprezentatywne dla dwóch typów tkanek – wątroby i guza. Tkanki zostały poddane działaniu znanych środków przeciwnowotworowych, takich jak staurosporyna i cyklofosfamid, a także powszechniej stosowanych leków o znanym oddziaływaniu toksycznym na wątrobę, takich jak paracetamol, aby sprawdzić prawidłowość funkcjonowania urządzenia.

Partnerzy przeprowadzili też doświadczenia z czterema tkankami na jednym chipie – reprezentującymi wątrobę, guza, mięsień sercowy i układ neurologiczny – oraz opracowali wczesne prototypy zawierające od sześciu do ośmiu przedziałów, które, jak wykazano w toku prac nad projektem, mogą być wykorzystane do hodowli komórek ludzkich.

„Wsparcie otrzymane od UE na wczesnym etapie pomogło nam wymiernie w opracowaniu solidnego prototypu, dzięki czemu będziemy w stanie wprowadzić na rynek wielotkankowy układ ‘organizm-na-chipie’ w ciągu najbliższych dwóch do trzech lat” – dodał dr Lichtenberg.

W projekt Body-on-a-Chip zaangażowało się pięciu partnerów z czterech krajów, którzy otrzymali środki UE w wysokości 1,4 mln EUR.