Лабораторный чип воссоздаёт ритм человеческого сердцебиения для тестирования лекарств

Сердечно-сосудистые препараты — одни из наиболее сложных в разработке. Одна из главных причин: традиционные плоские клеточные культуры не воспроизводят постоянное пульсирующее течение крови, механическое давление стенок сосудов и трёхмерную структуру сердечной ткани. Животные модели решают часть проблем, но физиология мышей и крыс существенно отличается от человеческой. Новое поколение «орган-на-чипе» нацелено именно на это белое пятно.

Группа учёных разработала микрофлюидное устройство, воссоздающее ключевые гемодинамические параметры человеческого сердца: пульсирующий поток с нормальным давлением и частотой, характерными для живого органа. Результаты опубликованы в профильном журнале.

Как работает чип с «сердцебиением»

Основу устройства составляет сеть миниатюрных каналов — аналог системы кровообращения в миниатюре. Насосная система генерирует пульсирующий поток с параметрами, соответствующими человеческому сердечному ритму (60–80 ударов в минуту) и физиологическому давлению. Клетки эндотелия — выстилки сосудов — под воздействием этого потока изменяют ориентацию и укрепляют межклеточные соединения, что указывает на формирование правильного барьера. Это соответствует тому, как ведут себя клетки в живом организме.

В более сложных версиях чипа к сосудистым клеткам добавляют кардиомиоциты (клетки сердечной мышцы), полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC). Такие клетки способны сокращаться — и в условиях физиологического потока их функциональное созревание ускоряется.

Зачем нужен реалистичный поток

Традиционные тесты кардиотоксичности — проверки того, не повреждает ли лекарство сердечную ткань, — нередко дают ложноотрицательные результаты в статических культурах. Изменения в экспрессии генов, которые проявляются при нормальном сдвиговом напряжении от кровотока, в чашке Петри не наблюдаются. Это может скрывать побочные эффекты препаратов до клинических испытаний.

Ключевые области применения чипа:

• Скрининг кардиотоксичности онкологических препаратов: химиотерапия нередко вредит сердцу, и это сложно обнаружить in vitro без физиологической модели.
• Тестирование новых сердечно-сосудистых средств в условиях, приближённых к реальной физиологии.
• Персонализированная медицина: использование iPSC конкретного пациента для предсказания его индивидуальной реакции на препарат.
• Изучение сердечных заболеваний — фиброза, ишемии, аритмии — в контролируемых условиях.

Примечание: статья основана на материалах phys.org.

Читайте также по теме: биомедицинских исследованиях и моделях организма.