Исследователи из Института комплексных исследований клеток и материалов (iCeMS) при Киотском университете в Японии разработали небольшое устройство типа «тело на чипе», которое может проверять побочные эффекты лекарств на клетки человека. Устройство решает некоторые проблемы с текущими аналогичными микрожидкостными устройствами и предлагает многообещающую возможность для следующего поколения доклинических тестов на лекарственные препараты.
Интегрированное сердце / рак на чипе (iHCC) использовалось для тестирования токсичности противоракового препарата доксорубицина на клетки сердца. Исследователи, возглавляемые Кен-ичиро Камеи из iCeMS, обнаружили, что, хотя само лекарство не было токсичным для сердечных клеток, его метаболит, образовавшийся в результате его взаимодействия с раковыми клетками, был.
Устройство меньше предметного стекла микроскопа. Он содержит шесть крошечных камер; каждые два соединены микроканалами с серией входных отверстий и клапанов. Пневматический насос контролирует движение жидкости по каналам. Каждые две камеры и их отдельная микроканальная система составляют один испытательный стенд. Три испытательных стенда в устройстве позволяют вносить незначительные изменения в каждую кровать для одновременного сравнения результатов.
Команда сначала проверила влияние доксорубицина на клетки сердца и раковые клетки печени, культивируемые отдельно в небольших лунках. Препарат оказал ожидаемое противораковое действие на раковые клетки, не повреждая клетки сердца.
Затем они провели тест с помощью устройства iHCC. Клетки сердца были помещены в одну камеру, а клетки рака печени – в другую. Доксорубицин вводили в среду для культивирования клеток, циркулирующую через замкнутую систему микроканалов, которые соединяют две камеры, имитируя систему кровообращения. Таким образом, лекарство течет в одном направлении по непрерывной петле через обе камеры.
Команда обнаружила признаки токсичности как в раковых, так и в сердечных клетках. Они предположили, что соединение доксорубицинол, являющееся побочным продуктом метаболизма доксорубицина, взаимодействующего с раковыми клетками, вызывает токсический эффект.
Чтобы проверить это, они добавили доксорубицинол в клетки сердца и клетки рака печени, культивируемые отдельно в небольших лунках. Он был токсичен для сердечных клеток, но не для раковых.
Когда к клеткам рака печени добавляется только доксорубицин, количество продуцируемого доксорубицинола слишком мало, чтобы быть токсичным для клеток сердца. Команда считает, что это связано с тем, что количество среды для культивирования клеток, необходимое для анализов на основе результатов анализов, разбавляет метаболит.
Напротив, когда доксорубицин вводится в iHCC, метаболит не разбавляется при перемещении через систему микроканальной циркуляции, потому что требуется меньший объем клеточной культуры. В результате препарат оказывает токсическое действие на клетки сердца через свой метаболит.
Устройство требует дальнейших улучшений, но исследование демонстрирует, как эту концепцию дизайна можно использовать для исследования токсических побочных эффектов противораковых препаратов на клетки сердца задолго до проведения дорогостоящих клинических испытаний. Исследование было опубликовано в журнале Royal Society of Chemistry Advances.