Легкие на чипе

Схематическое изображение легкого на чипе. Мембрану посередине можно растягивать с помощью вакуума в двух боковых камерах.

«Легкое -на-чипе» — это устройство «орган-на-чипе» живое, дышащее человеческое легкое , моделирующее на микрочипе . «Легкое на чипе» помещает два слоя живых тканей — оболочку воздушных мешочков легких и окружающие их кровеносные сосуды — через пористую, гибкую границу. Воздух доставляется к клеткам выстилки легких, богатая культуральная среда течет по капиллярному каналу, имитируя кровь, а циклическое механическое растяжение создается за счет вакуума, приложенного к камерам, прилегающим к каналам клеточной культуры, для имитации дыхания. Устройство изготовлено с использованием клеток легких и кровеносных сосудов человека и может прогнозировать поглощение переносимых по воздуху наночастиц и имитировать воспалительную реакцию, вызванную микробными патогенами . Его можно использовать для проверки воздействия токсинов окружающей среды, абсорбции аэрозольных терапевтических средств, а также безопасности и эффективности новых лекарств. Ожидается, что он станет альтернативой испытаниям на животных .

Результаты исследования легких на чипе были опубликованы в журнале Science от 25 июня 2010 года . академический журнал Американской ассоциации содействия развитию науки . Исследование финансировалось Национальными институтами здравоохранения , Американской кардиологической ассоциацией и Институтом биологической инженерии Висса при Гарвардском университете .

Изобретатели

Технология была разработана Дональдом Э. Ингбером , доктором медицинских наук, американским клеточным биологом, который является директором-основателем Института биологической инженерии Висса при Гарвардском университете, и Дэном Донгыном Ху, доктором философии, научный сотрудник по развитию технологий в Институте Висса, а в настоящее время является доцентом кафедры биоинженерии семьи Уилф в Пенсильванском университете. Устройство было создано с использованием стратегии микропроизводства, известной как мягкая литография, впервые предложенной Джорджем М. Уайтсайдсом , американским химиком, профессором химии в Гарварде, а также основным преподавателем Института Висса.

Тестирование

Реакция «легкого на чипе» на вдыхаемые живые патогены была проверена путем введения бактерий E. Coli в воздушный канал на стороне воздушного мешка легких устройства, при одновременном прохождении лейкоцитов через канал на стороне кровеносного сосуда. . Клетки легких обнаружили бактерии и через пористую мембрану активировали клетки кровеносных сосудов, что, в свою очередь, вызвало иммунный ответ, который в конечном итоге заставил лейкоциты переместиться в воздушную камеру и уничтожить бактерии.

Исследователи также ввели в воздушный канал различные наночастицы (например, те, которые содержатся в коммерческих продуктах, а также в загрязнении воздуха и воды). Несколько типов этих наночастиц проникли в клетки легких и заставили клетки перепроизводить свободные радикалы и вызвать воспаление. Многие частицы прошли через модель легкого в кровеносный канал, и было обнаружено, что механическое дыхание значительно увеличивает абсорбцию наночастиц из воздушного мешка в кровь.

Команда Института Висса работает над созданием других моделей органов, таких как «кишка на чипе», а также моделей костного мозга и даже рака. Они изучают возможности объединения систем органов, например, соединения дышащего легкого на чипе с бьющимся сердцем на чипе. Сконструированная комбинация органов может быть использована для тестирования ингаляционных лекарств и выявления новых и более эффективных терапевтических средств, не имеющих побочных эффектов со стороны сердца.