Malattia umana modellato in un a-chip organo-on-; 'Lung-on-a-chip' getta le basi per la prossima ondata di ricerca alternativi alla sperimentazione animale

Aprile 28, 2016 Admin Salute 0 2
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Lo studio offre un'ulteriore prova-of-concept che "organi-on-chip" umani tengono un enorme potenziale di sostituire gli approcci tradizionali alla scoperta e lo sviluppo di farmaci.

"Le principali aziende farmaceutiche spendono un sacco di tempo e una quantità enorme di denaro su colture cellulari e la sperimentazione sugli animali per lo sviluppo di nuovi farmaci", spiega Donald Ingber, MD, Ph.D., direttore e fondatore dell'Istituto Wyss e autore senior dello studio ", ma questi metodi spesso non riescono a prevedere gli effetti di questi agenti quando raggiungono gli esseri umani."




Il dispositivo polmone-on-a-chip, che la squadra prima descritta solo due anni fa, è un cristallino, polimero flessibile delle dimensioni di una chiavetta di memoria che contiene i canali cavi fabbricati utilizzando tecniche di fabbricazione di computer microchip. Due dei canali sono separati da un sottile, flessibile, membrana porosa che da un lato è allineato con le cellule polmonari umane dal sacco aereo ed esposta all'aria; globuli capillari umana sono posti sull'altro lato con il mezzo scorre su loro superficie. Un vuoto applicato ai canali laterali deforma questa interfaccia tessuto-tessuto per ricreare il modo in cui i tessuti polmonari umani fisicamente si espandono e si ritraggono quando la respirazione.

Wyss Technology Development Fellow Dongeun Eh, Ph.D., che detiene anche appuntamenti in Hospital e della Harvard Medical School di Boston dei bambini, ha studiato un farmaco chemioterapico cancro chiamato interleuchina-2 - o IL-2 in breve - nel polmone-on a-chip. Un importante effetto collaterale tossico di IL-2 è l'edema polmonare, che è una condizione mortale in cui i polmoni si riempiono di coaguli di sangue e fluido.

Quando è stata iniettata IL-2 nel canale sangue, fluido polmone-on-a-chip fuoriuscito attraverso i due strati di tessuto e di membrana, riducendo il volume di aria nell'altro canale e compromettere il trasporto di ossigeno - così come avviene in polmoni di pazienti umani, quando è somministrato a dosi equivalenti e nello stesso corso tempo. Proteine ​​plasmatiche sangue attraversato anche nel canale d'aria, porta alla formazione di coaguli di sangue nello spazio aereo, come fanno negli esseri umani trattati con IL-2.

Ma un risultato è stata una sorpresa.

Si scopre l'atto fisico della respirazione migliora notevolmente gli effetti di IL-2 in edema polmonare - "qualcosa che i medici e gli scienziati mai sospettato prima", dice Ingber. Quando la squadra acceso il vuoto collegata al chip per simulare respirazione, è aumentata perdita di fluido più di tre volte quando trattati con il clinicamente rilevante dose di IL-2, e la squadra Wyss confermato che la stessa risposta si verifica in un modello animale di edema polmonare. Questo risultato potrebbe suggerire che i medici trattamento di pazienti su un respiratore con IL-2 dovrebbe ridurre il volume corrente di aria che viene spinta nei polmoni, per esempio, al fine di minimizzare gli effetti collaterali negativi di questo farmaco.

Più emozionante per il futuro del test anti-droga è stata la constatazione della squadra Wyss che "questo modello di on-chip di edema polmonare umano può essere utilizzato per identificare nuovi potenziali agenti terapeutici in vitro", dice Ingber. I sintomi di edema polmonare nel modello malattia polmonare-on-a-chip potrebbero essere evitati trattando i tessuti con una nuova classe di farmaci, un recettore vanilloide potenziale transiente bloccante 4 (TRPV4) del canale, in fase di sviluppo da GlaxoSmithKline (GSK). In uno studio separato pubblicato dal team GSK nello stesso numero di Science Translation Medicine, gli effetti benefici di inibizione TRPV4 nel ridurre l'edema polmonare sono stati convalidati in modo indipendente utilizzando modelli animali di edema polmonare causato da insufficienza cardiaca.

"In poco più di due anni, siamo passati da svelare il progetto iniziale della a-chip polmone-on-a dimostrare la sua capacità di modellare una malattia umana complessa, che crediamo fornisce un assaggio di ciò che la scoperta della droga e sviluppo potrebbe apparire come in futuro ", dice Ingber.

Il team interdisciplinare, multi-istituzionale che è stato guidato da Ingber e Huh comprendeva anche Wyss Postdoctoral Fellow Daniel Leslie, Ph.D .; Benjamin Matthews, MD, assistente professore di pediatria nella biologia Programma Vascolare presso l'Ospedale di Boston dei bambini e della Harvard Medical School; Wyss Institute Ricercatore Jacob Fraser; Samuel Jurek, ricercatore presso Hospital di Boston dei bambini e della Harvard Medical School; Senior Staff Scientist Wyss Geraldine Hamilton, Ph.D .; e Senior Scientific Investigator Kevin Thorneloe, Ph.D., e Investigator M. Allen McAlexander da GlaxoSmithKline. Ingber è anche il Judah Folkman Professore di Biologia Vascolare presso la Harvard Medical School e Hospital di Boston dei bambini, e Professore di Bioingegneria presso la Harvard Facoltà di Ingegneria e Scienze Applicate.

"Organi-on-a-chip rappresenta un nuovo approccio per modellare la struttura, la biologia, e la funzione di organi umani, come dimostra l'azione respiro complesso di questo polmone costruito. Questa azione respiro era la chiave per fornire una nuova visione l'eziologia di edema polmonare ", ha detto il dottor James M. Anderson, MD, Ph.D., direttore della Divisione NIH di programma di coordinamento, pianificazione e iniziative strategiche che ha fornito il supporto parziale per questa ricerca attraverso il programma di Science regolamentazione del Fondo comune. "Questi risultati forniscono il supporto per l'uso più ampio di tali microsistemi nello studio della patologia della malattia e, auspicabilmente, per l'identificazione di nuovi bersagli terapeutici."

Il lavoro è stato finanziato dal National Institutes of Health (NIH) e la Food and Drug Administration (FDA), Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), e l'Istituto Wyss per Biologically Ingegneria Ispirato alla Harvard University.

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