Ученым из института биоинженерии Висса (Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering) при Гарвардском университете удалось смоделировать отек легких с помощью биочипа, использующего человеческие клетки. Разработанная авторами модель «легкого-на-чипе» позволяет изучать токсичность различных лекарственных средств.

Использование подобных моделей при разработке новых лекарственных препаратов и проверке их активности может стать альтернативой традиционным подходам, например, экспериментам на животных.

Созданный авторами чип небольшого размера и сделан из прозрачного гибкого полимерного материала, внутри которого находятся полые каналы. Они разделены пополам с помощью пористой мембраны. Одна часть такого канала выстелена альвеолярными клетками из легкого человека, по каналу движется воздушный поток. Другая часть является моделью кровеносного сосуда - она содержит клетки, капиллярного эндотелия, а жидкость, протекающая по каналу, имитирует кровь. Вакуумный насос позволяет воссоздать процесс дыхания.

Известно, что одним из побочных действий интерлейкина-2 (ИЛ-2), широко используемого в клинической онкологии, является отек легких. Введение ИЛ-2 в «кровеносный сосуд» чипа привело к тому, что жидкость из него стала поступать в соседний воздухоносный канал. Объем воздуха в нем резко сократился, а также образовались тромбы, вызванные поступлением в канал «плазмы».

Последствия, вызванные действием интерлейкина-2 на «легкое-на-чипе», идентичны симптомам, которые возникают у пациентов при отеке легких.

Использование этой модели позволило выявить факт, который не был известен ранее. Оказалось, что интенсивная работа вакуумного насоса, имитирующего дыхательный процесс, приводит к существенному увеличению объема жидкости, проникающему через пористую мембрану. Таким образом, интенсивное дыхание и усиленная подача кислорода при терапии с использованием ИЛ-2 может усугубить состояние пациента.

С помощью созданного чипа ученые протестировали препарат, который ингибирует развитие отека легкого на фоне ИЛ-2 терапии. Им оказался блокатор каналов TRPV4 (transient receptor potential vanilloid 4), существенно снижающий вероятность развития этого осложнения. Ранее этот эффект был показан в экспериментах на животных.

Внедрение подобных чипов и их использование сможет стать достойной заменой дорогостоящим и длительным исследованиям на клеточных линиях и экспериментам над животными, которые не всегда помогают достоверно оценить действие того или иного лекарственного препарата на организм человека.

Оригинал публикации:

Sci. Transl. Med. DOI: 10.1126/scitranslmed.3004249