Современные подходы к моделированию печени
В последние годы биомедицинская наука делает колоссальные шаги вперед благодаря внедрению новых технологий, объединяющих клеточную биологию и инженерные разработки. Ярким примером этого стала разработка уникальной системы «печень-на-чипе», созданной на базе Института регенеративной медицины. Новая биомодель открывает принципиально иной уровень возможностей для тестирования лекарств и изучения функций печени на клеточном и тканевом уровнях.
Как устроена «печень-на-чипе»
В основе инновационной платформы лежит использование сфероидов, в которых объединены три типа клеток: гепатоцитоподобные клетки линии HepG2, эндотелиальные клетки и мезенхимальные стромальные клетки. Эти клеточные структуры внедряются в сложный гидрогель, насыщенный матриксом, выделенным из тканей печени овцы. Такой гидрогель играет роль аналога естественного внеклеточного окружения, позволяя клеткам вести себя максимально физиологично и способствуя формированию структур, напоминающих капиллярную сеть.
Современная 3D-биопечать позволяет выстроить из полученных сфероидов трехмерную архитектуру, точно имитирующую строение фрагмента человеческой печени. В течение трех недель культивирования в лабораторных условиях технология демонстрировала формирование сложных клеточных соединений, проявляла высокую жизнеспособность и устойчивая работу по основным показателям функции органа. Одним из показателей эффективности стала продукция таких белков, как альбумин и альфа-1-антитрипсин — маркеров, напрямую связанных с активностью гепатоцитов.
Преимущества по сравнению с традиционными моделями
Во многих современных исследованиях используются простые сфероиды без подложки из матрикса, однако они постепенно сталкиваются с проблемой образования некротических областей, снижением поступления кислорода и питательных веществ к центральной части структуры. В контрасте, печень-на-чипе демонстрирует более равномерное распределение клеток и сохранение гомеостаза на протяжении длительного периода культивирования. Помимо этого, конструкция отлично реагирует на широкий спектр фармакологических препаратов, позволяя точнее спрогнозировать реакцию человеческой печени на различные химические соединения.
Модель помогла выявить отличия в метаболической активности клеток по сравнению с классическими сфероидами. Проверялась реакция на такие востребованные в фармакологии препараты, как ацетаминофен, диклофенак, доксорубицин и цисплатин. Новая система показала высокую чувствительность и было отмечено более точное воспроизведение токсикологического ответа, что делает платформу незаменимой для доклинических испытаний и лабораторного скрининга лекарств.
Перспективы использования печень-на-чипе в медицине
Данная разработка обладает огромным потенциалом для применения не только на этапе доклинических испытаний медикаментов, но и в исследовании патофизиологических процессов, связанных с заболеваниями печени. На платформе можно анализировать механизмы развития повреждений органа, тестировать терапию, а также моделировать индивидуальные особенности, используя клетки конкретного пациента. Это открывает путь к настоящей персонализированной медицине — когда подбор лекарства происходит с учетом индивидуального отклика ткани пациента.
Стандартизированная и масштабируемая система облегчает работу ученых и специалистов, снижая потребность в использовании животных моделей и ускоряя процесс разработки безопасных и эффективных лекарств. Уже сейчас печень-на-чипе служит отличной основой для будущих исследований, где на первом месте стоят безопасность, эффективность и высокое качество медицинских инноваций.
Будущее биопечати и орган-на-чипе
Развитие технологий 3D-биопечати и создание сложных органных моделей становятся мощным драйвером прогресса в медицине, фармакологии и регенеративной биоинженерии. Институт регенеративной медицины активно продвигает решения, способные кардинально улучшить диагностику, лечение и разработку новых препаратов. С появлением систем орган-на-чипе, подобных печеночной платформе, международное научное сообщество получает действенный инструмент для глубокого анализа биологических процессов и мягкого перехода к новой эпохе персонализированного здравоохранения.
Благодаря интеграции клеточной биологии, передовых материалов и совершенствованию методов биопечати теперь возможно моделировать не только отдельные функции органа, но и физиологические реакции на медикаменты. Это открывает перспективы для быстрой и более безопасной разработки новых методов терапии, а также для изучения сложных патологий, вызванных внешними и внутренними факторами.
Сегодня появление «печени-на-чипе» знаменует переход к качественно новому этапу в биомедицинских исследованиях. Инновационная платформа уже сегодня способствует открытию новых горизонтов в медицине будущего, делая науку ближе к человеку и его индивидуальным потребностям.
Источник: naked-science.ru
