میکروسیال‌ها مسیر طولانی تولید دارو را کوتاه می‌کنند

در حالی که عرضه یک داروی جدید به بازار میلیاردها دلار هزینه دارد و ممکن است بیش از یک دهه طول بکشد  محققان با استفاده از میکروسیال ها در تلاش اند این مسیر را کوتاه کنند.

به گزارش تکناک، سرمایه‌گذاری‌های پولی و زمانی بالا، سهم زیادی در افزایش سرسام‌آور هزینه‌های مراقبت‌های بهداشتی امروزی دارند و هم موانع قابل‌توجهی برای درمان‌های جدید به بیماران ارائه می دهند.

یکی از دلایل بزرگ پشت این محدودیت ها، مدل‌های آزمایشگاهی است که محققان در وهله اول برای تولید دارو استفاده می‌کنند.

آزمایش‌های پیش بالینی یا مطالعاتی که اثربخشی و سمیت دارو را قبل از ورود به آزمایش‌های بالینی در افراد آزمایش می‌کنند، عمدتاً روی کشت‌های سلولی و حیوانات انجام می‌شوند. هر دو به دلیل توانایی ضعیف خود در تقلید از شرایط بدن انسان محدود هستند. کشت سلولی در ظرف کشت میکروب قادر به تکرار هر جنبه ای از عملکرد بافت نیست، مانند نحوه تعامل سلول ها در بدن یا پویایی اندام های زنده.

همچنین نتایج مربوط به آزمایشات حیوانی را نمی توان به طور کامل در مورد انسانها بسط داد، حتی تفاوت‌های ژنتیکی کوچک بین گونه‌ها می‌تواند منجر به تفاوت‌های فیزیولوژیکی زیادی شود.

کمتر از 8 درصد از مطالعات موفق روی حیوانات برای درمان سرطان به آزمایش‌های بالینی انسانی می‌رسند. از آنجایی که مدل‌های حیوانی اغلب در پیش‌بینی اثرات دارو در آزمایش‌های بالینی انسانی شکست می‌خورند، این شکست‌های در مراحل پایانی می‌تواند به طور قابل‌توجهی هزینه‌ها و خطرات سلامتی بیمار را افزایش دهد.

برای رسیدگی به این مشکل انتقال نتایج، محققان مدل امیدوارکننده‌ای را توسعه داده‌اند که می‌تواند بدن انسان را با دقت بیشتری تقلید کند و از آن با عنوان ارگان روی یک تراشه یاد می کنند.

برای ایجاد مدل‌های اندام و بافتی که از سادگی کشت‌های سلولی رایج و تفاوت‌های مدل‌های فراتر باشد اعضای روی تراشه می توانند به محققان در مطالعه بیماری ها و آزمایش داروها در شرایطی که به زندگی واقعی نزدیک تر است کمک کند.

اندام روی تراشه چیست؟

در اواخر دهه 1990، محققان راهی برای لایه بندی پلیمرهای الاستیک برای کنترل و بررسی سیالات در سطح میکروسکوپی کشف کردند. این باعث راه‌اندازی زمینه میکروسیال‌ها شد که برای علوم زیست پزشکی شامل استفاده از دستگاه‌هایی است که می‌توانند جریان دینامیک مایعات در بدن مانند خون را تقلید کنند.

پیشرفت‌ها در میکروسیال‌ها بستری را برای محققان فراهم کرده است تا سلول‌هایی را کشت دهند که عملکرد نزدیک‌تری نسبت به عملکرد آنها در بدن انسان دارند، به‌ویژه با اندام‌های روی تراشه. “تراشه” به دستگاه میکروسیالی اشاره دارد که سلول ها را در بر می گیرد. آنها معمولاً با استفاده از فناوری مشابه تراشه های رایانه ساخته می شوند.

نه تنها اندام‌های روی تراشه‌ها جریان خون را در بدن تقلید می‌کنند، بلکه این پلت‌فرم‌ها دارای ریزحفره‌هایی هستند که به محققان اجازه می‌دهد تا انواع سلول‌های متعددی را برای تقلید از طیف گوناگونی از انواع سلول‌هایی که به طور معمول در یک اندام وجود دارد، ادغام کنند. جریان سیال این انواع سلول های متعدد را به هم متصل می کند و به محققان این امکان را می دهد تا نحوه تعامل آنها با یکدیگر را مطالعه کنند.

این فناوری می‌تواند محدودیت‌های کشت سلولی بی حرکت و مطالعات حیوانی را از طرق مختلف برطرف کند. اولاً، وجود مایعی که در این مدل جریان دارد به آن امکان می‌دهد هم از آنچه که یک سلول در بدن تجربه می‌کند، مانند نحوه دریافت مواد مغذی و حذف مواد زائد، و هم اینکه چگونه یک دارو در خون حرکت می‌کند و با چندین نوع سلول تعامل می‌کند، تقلید کند. توانایی کنترل جریان مایع همچنین محققان را قادر می سازد تا دوز بهینه را برای یک داروی خاص تنظیم کنند.

به عنوان مثال، مدل ریه روی یک تراشه، قادر است هر دو کیفیت مکانیکی و فیزیکی یک ریه انسان زنده را ادغام کند. می‌تواند انبساط و انقباض، یا دم و بازدم ریه را تقلید کند و رابط بین ریه و هوا را شبیه‌سازی کند. توانایی تکرار این ویژگی ها به محققان اجازه می دهد تا اختلالات ریه را در عوامل مختلف بهتر مطالعه کنند.

آوردن اندام‌ها بر روی تراشه ها برای تناسب

در حالی که ارگان روی یک تراشه مرزهای تحقیقات دارویی در مراحل اولیه را جابجا می کند، این فناوری به طور گسترده در خطوط تولید و توسعه دارو ادغام نشده است. من معتقدم که یک مانع اصلی برای پذیرش گسترده چنین تراشه‌هایی پیچیدگی بالا و عملی بودن کم آنها است.

استفاده از مدل‌های فعلی اندام روی یک تراشه برای دانشمندان عادی دشوار است. همچنین، از آنجایی که اکثر مدل‌ها یکبار مصرف هستند و تنها یک ورودی را مجاز می‌کنند، موارد مطالعاتی با استفاده از آنها در زمان مشخص محدود می شود. علاوه بر این پیاده‌سازی آن‌ها پرهزینه و زمان بر است  و نیاز به کار فراوان دارد.

سرمایه‌گذاری‌های زیاد مورد نیاز برای استفاده از این مدل‌ها ممکن است اشتیاق برای پذیرش آن‌ها را کاهش دهد. از این گذشته، محققان اغلب از مدل های با کمترین پیچیدگی برای مطالعات پیش بالینی استفاده می کنند تا زمان و هزینه را کاهش دهند.

بر طرف کردن مشکلات تکنولوژیکی برای ساخت و استفاده از اندام‌ها روی تراشه‌ها برای اینکه به کل جامعه تحقیقاتی امکان استفاده کامل از مزایای آنها را بدهد، بسیار مهم است. اما این لزوماً نیازی به ساده سازی مدل ها ندارد. برای مثال، آزمایشگاه من، تراشه‌های بافتی مختلف «plug-and-play» را طراحی کرده است که استاندارد و مدولار هستند و به محققان این امکان را می‌دهند تا به راحتی قطعات از پیش ساخته شده را برای اجرای آزمایش‌های خود جمع‌آوری کنند.

ظهور چاپ سه بعدی همچنین به طور قابل توجهی توسعه ارگان روی تراشه را تسهیل کرده است و به محققان این امکان را می دهد تا به طور مستقیم کل بافت و مدل اندام را بر روی تراشه بسازند. چاپ سه بعدی برای نمونه سازی سریع و به اشتراک گذاری طراحی بین کاربران ایده آل است و همچنین تولید انبوه مواد استاندارد را آسان می کند.

فناوری اندام‌ها روی تراشه‌ها این پتانسیل را دارند که پیشرفت‌هایی را در کشف دارو ایجاد کنند و به محققان این امکان را می‌دهند تا درک بهتری از عملکرد اندام‌ها در سلامت و بیماری داشته باشند.