Ikke mange opfindelser er så dyre at skabe eller lige så sandsynligt, at de mislykkes som nye medicin.
Det anslås, at det i gennemsnit tager 10 år at udvikle og teste et nyt farmaceutisk lægemiddel og koster næsten 1, 4 milliarder dollars. Cirka 85 procent klarer det aldrig forbi tidlige kliniske forsøg, og af dem der gør det, er kun halvdelen faktisk godkendt af FDA til at gå på markedet. Det er en af grundene til, at medicin koster så meget.
Nu, den gode nyhed. Forskere, der fokuserer på, hvordan man kan forbedre oddsen for succes og fremskynde processen, mens de holder lægemidler trygt, har udviklet en lovende innovation: ”organer på en chip.” De er stort set, hvad de lyder - små, fungerende versioner af menneskelige organer dyrket på en enhed omtrent på størrelse med en computerhukommelsestokk.
Det seneste spring fremad kommer fra et team af biomedicinske ingeniører ved University of Toronto. Tidligere denne uge i en artikel i tidsskriftet Nature Materials forklarede disse forskere, hvordan de har været i stand til at få både hjerte- og levervæv til at vokse på et lille, tredimensionelt stillads, honningskom med hårtynde kunstige blodkar, og derefter se organerne fungere som de ville gøre i den menneskelige krop.
De kalder deres enhed et AngioChip, og ifølge teamlederen, Milica Radisic, går dets potentiale ud over at revolutionere narkotikatestningsprocessen. Hun ser for sig en dag, hvor det kunne implanteres i en menneskelig krop for at reparere syge eller beskadigede organer.
”Det er virkelig multifunktionelt og løser mange problemer i det vævstekniske rum, ” sagde Radisic, professor ved universitetets Institut for Biomateriale og Biomedicinsk Ingeniørarbejde, i en pressemeddelelse. ”Det er virkelig næste generation.”
Bygning af mini-organer
Forskere er allerede i stand til at dyrke organvæv i laboratorier, men det er generelt på en flad plade og resulterer i en todimensionel model, der er forskellig fra hvad der faktisk sker inden i os. Det begrænser, hvor meget forskere kan lære om effektiviteten og risikoen ved at bruge et nyt lægemiddel til behandling af et bestemt organ.
Men teknologi som AngioChip giver en mere realistisk, hvis lille version af menneskelige organer, og det, siger Radisic, vil give forskere mulighed for tidligt at identificere de stoffer, der fortjener at gå videre til kliniske forsøg. Det kunne også i høj grad reducere behovet for at teste dem på dyr.
At bygge enheden var ingen lille udfordring. Den studerende Boyang Zhang måtte først bruge en teknik kaldet 3D-stempling for at skabe ekstremt tynde lag af en klar, fleksibel polymer. Hvert lag indeholdt et mønster af kanaler, der ikke var bredere end et menneskehår. Disse ville tjene som organets blodkar.
Han stablede derefter lagene manuelt og brugte UV-lys til at forårsage en kemisk reaktion, der smeltede dem sammen. Det skabte stilladser, omkring hvilket orgelet ville vokse. For at se, om deres opfindelse rent faktisk ville virke, implanterede forskerne den i en rotte. De var begejstrede for at se blod passere gennem enhedens smalle kanaler uden koagulation.
De badede derefter et AngioChip i en væske fyldt med levende menneskelige hjerteceller. Snart begyndte disse celler at vokse inden for og uden for de kunstige blodkar lige som i en menneskelig krop. Da cellerne fortsatte med at vokse i løbet af den næste måned, begyndte den fleksible enhed at fungere som et egentligt organ og til sidst sammentrykke og udvide sig i en stabil rytme, ligesom et hjerteslag.
"Det, der gør AngioChip unikt, er, at vi byggede et vaskulært system i vævet, " forklarer Zhang. "Dette netværk af fartøjer vil i fremtiden hjælpe os med at forbinde flere organer sammen, ligesom hvordan vores organer er forbundet sammen i vores blodsystem."
Udskiftning af transplantationer?Ingeniørerne skabte en lever på en chip på samme måde. Med tiden begyndte det også at opføre sig som dets menneskelige modstykke, producere urinstof, hovedforbindelsen i urinen, og også metabolisere lægemidler. Til sidst vil forskerne være i stand til at forbinde chips med forskellige organer for ikke kun at se, hvordan et lægemiddel vil påvirke hvert organ, men også dets indvirkning på begge af dem på samme tid.
Eller, som Radisic har antydet, kunne en tumor og hjerteceller kobles sammen for at se, hvilke lægemidler der kan ødelægge tumoren uden at skade hjertet.
"De mindste kar i dette væv var kun så brede som et menneskehår, men blod var stadig i stand til at flyde let gennem dem, " sagde Radisic. "Dette betyder, at vi vil være i stand til at opbygge humane tumorer i dyr, der bruger denne platform til at hjælpe opdage nye, mere effektive anticancerlægemidler. "
Det er klart, at lab-dyrkede organer har potentialet til at bringe langt mere præcision og hastighed til lægemiddelafprøvningsprocessen. Men når AngioChip kan implanteres i mennesker, antyder Radisic, kan det erstatte behovet for at transplantere organer fra en anden person. I stedet kunne organer dyrkes med celler taget fra værten, hvilket kunne reducere risikoen for afvisning markant.
I gennemsnit dør 21 mennesker hver dag, fordi passende organer ikke er tilgængelige til transplantationer.
Det næste trin for teamet fra University of Toronto er at samarbejde med en producent om at udvikle en proces til opbygning af flere AngioChips på samme tid. Lige nu er de håndbygget, én ad gangen.
