Исследователи построили легкие в лаборатории, которые более точно имитируют человеческие легкие, чем традиционные модели, что открывает путь к ускорению открытия и разработки лекарств и сокращению нашей зависимости от животных для испытаний. .
Болезни легких являются основной причиной смерти во всем мире. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), к 2030 году хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) станет третьей ведущей причиной смерти из-за ухудшения качества воздуха и последствий COVID-19.
ХОБЛ является неизлечимым заболеванием, которое закупоривает мелкие дыхательные пути в легких, затрудняя дыхание, при этом курение и загрязнение воздуха являются наиболее распространенными причинами. Современные методы лечения не способны обратить вспять повреждение, нанесенное легочной ткани. В то время как более новые методы лечения, такие как препараты на основе стволовых клеток, продемонстрировали способность восстанавливать или предотвращать ухудшение состояния легких, явно не хватало новых методов лечения, одобренных для лечения заболеваний легких.
Традиционно разрабатываются и тестируются новые лекарства от ХОБЛ требуют животных моделей. Проблема с использованием животных для тестирования заключается в том, что некоторые аспекты их анатомии и физиологии отличаются от человеческих, а многие модели животных не позволяют тестировать аэрозольные препараты.
В последнее время были достигнуты успехи в разработке альтернатив животным моделям. Отличными примерами являются органы на чипе, органоиды — 3D-структуры, выращенные из клеток человека, которые имитируют настоящие органы, — и органы, напечатанные на 3D-принтере. Но у них есть недостатки, часто связанные с их небольшим размером, ограниченным количеством клеток и отсутствием сходства со сложными структурами и процессами, наблюдаемыми в легких человека. Но теперь группа исследователей из Сиднейского университета создала легкие, которые более точно имитируют легкие человека.
«С традиционной клеточной культурой вы помещаете клетки в чашку Петри и культивируете их в статических условиях, что далеко от того, что происходит в человеческом организме», — сказал Тхань Хуйен Фан, ведущий автор исследования. «То, что мы делаем, — это создание условий окружающей среды, подобных тем, которые существуют в человеческом теле».
Взяв клетки непосредственно у пациента, исследователи расположили их слоями, точно так же, как они появляются в организме.
«Мы берем клетки непосредственно у пациентов, а затем строим их слоями, поскольку они существуют внутри тела», — сказал Войцех Хшановски, соответствующий автор исследования. «Итак, сначала у вас есть эпителиальные клетки, затем у вас есть фибробласты — мы буквально создаем мимический орган, который очень похож на настоящие человеческие легкие».
Модели легких поддерживаются в тех же условиях окружающей среды. как настоящие легкие, с воздухом с одной стороны и поверхностью жидкости в сочетании с микроциркуляцией для имитации системы кровообращения организма с другой. Исследователи создали две модели легких для разных целей.
«Мы решили построить две разные модели легких, одна из которых имитирует клинические испытания первой фазы; здоровое легкое для изучения безопасности новых лекарств», — сказал Хшановски. «Другой имитирует испытания второй фазы; больное легкое, которое в нашем случае отражает хроническую обструктивную болезнь легких, что позволяет нам изучать терапевтическую эффективность или превосходство лекарств».
Но модели легких можно использовать не только для тестирования лекарств.
«Эти модели органоидов мини-легких также можно использовать для проверки токсичности», — сказал Хшановски. «Например, кремнеземной пыли или загрязнителей воздуха, таких как частицы, образующиеся во время лесных пожаров».
И, более того, их можно индивидуализировать.
«Потому что мы можем напрямую брать клетки от отдельных пациентов, мы можем построить собственную модель пациента, чтобы проверить эффективность лекарств на них», — сказал Хшановски.
Исследователи говорят, что помимо предоставления альтернативы испытаниям на животных, преимущества их лаборатории Сделанные легкие — это их воспроизводимость, надежность и способность экономически эффективно проводить исследования в больших масштабах.
«Они ускоряют процесс открытия, сокращают процесс обращения в клинику, но также существенно повысить нашу уверенность в молекулах, которые мы создаем, прежде чем приступать к клиническим испытаниям, — сказал Хшановски, — Обычный срок для клинического применения лекарства составляет от 10 до 15 лет, но когда вы используете органоидные модели, вы можете существенно сократить это время. .”
Исследование было опубликовано в журнале Biomaterials Research.
