Dlaczego „chipy organowe” mogą zrewolucjonizować leczenie raka i testowanie leków
Ten artykuł jest częścią programu „Druga opinia” stacji CBC Health, cotygodniowej analizy wiadomości ze świata zdrowia i medycyny, wysyłanej e-mailem do subskrybentów w sobotnie poranki. Jeśli jeszcze nie zapisałeś się, możesz to zrobić, klikając tutaj .
Leczenie raka nie zawsze działa zgodnie z oczekiwaniami, przez co pacjenci cierpią z powodu skutków ubocznych chemioterapii, nie odnosząc żadnych korzyści. Naukowcy badają teraz, czy maleńkie narządy zastępcze, wytworzone w laboratorium z własnych komórek pacjenta, mogą lepiej przewidywać skuteczność leczenia.
Tego rodzaju narządy zastępcze, zwane również organoidami, powstają w wyniku hodowli komórek pacjenta w tkankę, która sama się organizuje.
W bardziej zaawansowanej technice, zwanej chipem organowym, organoidy są hodowane na maleńkiej trójwymiarowej strukturze, która symuluje przepływ krwi. Efekt? Tkanka płucna, która rozszerza się i kurczy samoistnie, lub komórki serca bijące jednocześnie.
W przeciwieństwie do testowania leków w konwencjonalny sposób — na przykład poprzez hodowanie ludzkich komórek na płasko w naczyniu lub testowanie na zwierzętach — organy na chipie mogą lepiej uchwycić złożoność wzrostu komórek nowotworowych i funkcji człowieka, co pozwala przewidywać, które leki będą bezpieczne — twierdzą badacze medyczni.
Poniżej przedstawiamy niektóre z ostatnich postępów w związku z działaniami regulatorów i polityków w Kanadzie i USA mającymi na celu ograniczenie wykorzystywania zwierząt w eksperymentach.
Zespołowi naukowców z Uniwersytetu McGilla w Montrealu i Uniwersytetu Harvarda w Bostonie udało się stworzyć organoidy i spersonalizowany chip organów wielkości pamięci USB dla ośmiu pacjentów cierpiących na gruczolakoraka przełyku, nowotwór o wysokiej śmiertelności .
Narzędzie eksperymentalne pozwala odtworzyć i rozwinąć guz pacjenta oraz otaczające tkanki, wykorzystując do tego celu płyn, aby sprawdzić, jak zareaguje on na leczenie.
„Wybraliśmy konkretne guzy pacjentów i stworzyliśmy ich własne awatary” – powiedział Lorenzo Ferri, dyrektor chirurgii klatki piersiowej i górnego odcinka przewodu pokarmowego w Centrum Zdrowia Uniwersytetu McGill. „Wykazaliśmy, że jesteśmy w stanie określić, które leki są skuteczne w danym chipie narządowym w ciągu czterech do sześciu tygodni, a to właśnie ten czas jest kluczowy dla leczenia pacjentów”.
Zespół Ferriego poinformował niedawno w czasopiśmie Journal of Translational Medicine , że w przypadku czterech chipów leczenie spowodowało śmierć komórek nowotworowych, podczas gdy w przypadku pozostałych czterech komórki przeżyły.
U niewielkiej liczby pacjentów, których dotychczas przebadano, wyniki badań chipów narządowych idealnie pokrywały się z reakcją pacjentów na chemioterapię i pomyślnym powrotem do zdrowia.
Zapytany, w jaki sposób odkrycia te mogą zmienić jego podejście do leczenia, Ferri odpowiedział: „Myślę, że to naprawdę zmienia życie”.
Na razie tę eksperymentalną technikę zastosowano zaledwie u garstki osób. Ferri powiedział jednak, że chodzi o to, by wyeliminować domysły z leczenia raka.
Umożliwia spersonalizowane leczenieDonald Ingber i jego współpracownicy z Instytutu Wyssa Inżynierii Inspirowanej Biologicznie na Uniwersytecie Harvarda opracowali opatentowaną technologię chipów na potrzeby eksperymentu Ferriego.
Chip działa poprzez odtworzenie nie tylko guza, ale także zawiera maleńkie kanaliki dla różnych typów komórek oraz otaczający go płyn imitujący krew i tkankę łączną. W sumie odzwierciedla on sposób, w jaki żywe komórki rozszerzają się i kurczą – ważne czynniki, które często są pomijane w tradycyjnych badaniach laboratoryjnych.
Organoidy i chipy organowe mogą stanowić szybki pomost między wykorzystaniem zwierząt laboratoryjnych do zrozumienia złożonych układów narządów a danymi z badań klinicznych na ludziach, powiedziała Gordana Vunjak-Novakovic, profesor inżynierii biomedycznej na Uniwersytecie Columbia w Nowym Jorku.
Vunjak-Novakovic i jej współpracownicy wykorzystali komórki macierzyste pobrane z próbki krwi pobranej od dziecka cierpiącego na kardiomiopatię, chorobę mięśnia sercowego, do stworzenia tkanki serca na chipie organowym ze specyficzną mutacją genetyczną.
„To był pacjent pediatryczny, bardzo młody chłopiec” – wspominała. Po masowych badaniach przesiewowych dostępnych leków znaleziono taki, który powinien zadziałać w jego przypadku i /9.6932124 przekazał tę informację kardiologowi chłopca.
„To są sporadyczne, drobne sukcesy, ale spodziewam się, że teraz cała ta dziedzina nabierze tempa, skoro jest tak duże wsparcie ze strony organów regulacyjnych, a także ze strony podmiotów finansujących i przemysłu farmaceutycznego” – powiedziała Vunjak-Novakovic.
Odejście od zwierząt laboratoryjnychWe wrześniu amerykańskie Narodowe Instytuty Zdrowia (NIH) ogłosiły utworzenie pierwszego w USA dedykowanego centrum rozwoju organoidów, którego celem jest tworzenie znormalizowanych i dostępnych modeli organoidów. Celem jest przyspieszenie odkrywania leków i wprowadzenie bardziej precyzyjnych narzędzi do modelowania chorób, ochrona zdrowia publicznego oraz ograniczenie zależności od zwierząt laboratoryjnych.
Ministerstwo Zdrowia Kanady oraz Ministerstwo Środowiska i Zmian Klimatu Kanady również opracowały strategię mającą na celu „ zastąpienie, ograniczenie lub udoskonalenie ” testów na zwierzętach, takich jak myszy, szczury, świnie i psy.
Premier Ontario Doug Ford zaapelował również o uchwalenie nowego prawa zakazującego badań medycznych na kotach i psach .
Vunjak-Novakovic uważa, że badania nad organoidami mogą przyczynić się do zmniejszenia toksyczności leków stosowanych w leczeniu chorób układu nerwowego i nowotworów serca.
Na przykład organoidy wykorzystano do opracowania bezpieczniejszych i skuteczniejszych metod leczenia mukowiscydozy, powiedziała Milica Radisic, profesor inżynierii biomedycznej, która piastuje stanowisko Canada Research Chair na Uniwersytecie w Toronto.
Radisic i Vunjak-Novakovic są właścicielami patentów na technologię serca na chipie.
Poprzez tworzenie i dojrzewanie tkanek Radisic tworzy chipy organów, które mają naśladować choroby pacjentów ze Szpitala Ogólnego w Toronto i Szpitala dla Chorych Dzieci. Mogą być wykorzystywane na przykład w testach narkotykowych.
Organoidy i organy na chipie pozwalają naukowcom dowiedzieć się, co sprawdza się u konkretnego pacjenta – powiedział Radisic.
„Opowiedz mi o mnie. To jest to, na czym ludziom zależy, prawda?” – zapytał Radisic.
Jak powiedział Radisic, obecnie prace eksperymentalne nad rozwiązaniem problemu chorób serca w rodzinie znajdują się na etapie weryfikacji koncepcji.
W innym eksperymencie zespół Ferriego z McGill wykazał, że istniejący lek obniżający poziom cholesterolu może sprawić, że chemioterapia będzie skuteczniejsza u niektórych pacjentów.
Jak twierdzi Kalina Kamenova, bioetyczka badająca komunikację publiczną na temat nauki o komórkach macierzystych, przyszłe badania nad rakiem, takie jak te prowadzone przez Ferriego, pokażą potencjał dostosowywania metod leczenia do indywidualnego profilu genetycznego.
„W praktyce klinicznej jednym z głównych problemów w przyszłości będzie to, jak zwiększyć skalę tych badań?”, powiedziała Kamenova, założycielka i dyrektor ds. badań w Kanadyjskim Instytucie Genomiki i Społeczeństwa. „Jak zapewnić, że przyniesie to korzyści całemu społeczeństwu, każdemu, kto potrzebuje tego rodzaju leczenia?”
Aby rozpocząć udzielanie odpowiedzi na te pytania, należy zacząć od tego, że laboratorium Ferriego otrzymuje już przesyłki kurierskie z próbkami nowotworów od pacjentów z Ontario i Manitoby, a w planach jest rozszerzenie tej działalności na Kolumbię Brytyjską.
Ferri przyznał, że technologia ta kosztuje obecnie nawet 30 000 dolarów za próbkę pacjenta. Radisic powiedział, że roboty hodujące organoidy mogłyby przejąć żmudną, codzienną konserwację polegającą na utrzymywaniu komórek przy życiu w sterylnych warunkach, co mogłoby obniżyć koszty.
Opinie na temat tego, czy i kiedy chipy organów będą mogły zastąpić wykorzystywanie zwierząt w badaniach biomedycznych, są podzielone.
„Aspekt dobrostanu zwierząt jest często zaniedbywany” – powiedziała Radisic. Dodała, że w ciągu najbliższych 20–30 lat pojawi się „realna szansa” na rzeczywiste ograniczenie liczby zwierząt wykorzystywanych w procesie odkrywania leków.
cbc.ca
