Ikke mange oppfinnelser er like dyre å lage eller like sannsynlig å mislykkes som nye medisiner.
Det anslås at det i gjennomsnitt tar 10 år å utvikle og teste et nytt farmasøytisk medisin og koster nesten 1, 4 milliarder dollar. Rundt 85 prosent klarer det aldri forbi tidlige kliniske studier, og av de som gjør det, er bare halvparten godkjent av FDA for å komme på markedet. Det er en av grunnene til at medisiner koster så mye.
Nå, den gode nyheten. Forskere som fokuserer på hvordan man kan forbedre oddsen for suksess og fremskynde prosessen samtidig som de holder medikamenter trygge, har utviklet en lovende innovasjon: "organer på en chip." på en enhet omtrent på størrelse med en datamaskinens minnepinne.
Det siste spranget fremover kommer fra et team av biomedisinske ingeniører ved University of Toronto. Tidligere denne uken, i en artikkel i tidsskriftet Nature Materials, forklarte disse forskerne hvordan de har klart å få både hjerte- og levervev til å vokse på et lite, tredimensjonalt stillas, honningkammer med hårtynne kunstige blodkar, og deretter se på organene fungere som de ville gjort i menneskekroppen.
De kaller enheten deres et AngioChip, og ifølge lederen for teamet, Milica Radisic, går potensialet utover å revolusjonere narkotikatestingprosessen. Hun ser for seg en dag hvor det kan implanteres i en menneskekropp for å reparere syke eller ødelagte organer.
"Det er virkelig multifunksjonelt, og løser mange problemer i vevteknisk rom, " sa Radisic, professor ved universitetets institutt for biomateriell og biomedisinsk teknikk, i en pressemelding. "Det er virkelig neste generasjon."
Bygge mini-organer
Forskere er allerede i stand til å dyrke organvev i laboratorier, men det er vanligvis på en flat plate, og resulterer i en todimensjonal modell som er forskjellig fra hva som faktisk skjer inni oss. Det begrenser hvor mye forskere kan lære om effektiviteten og risikoen ved å bruke et nytt medikament for å behandle et bestemt organ.
Men teknologi som AngioChip gir en mer realistisk, om ikke liten, versjon av menneskelige organer, og som, sier Radisic, vil tillate forskere å identifisere tidlig hvilke medisiner som fortjener å gå videre til kliniske studier. Det kan også redusere behovet for å teste dem på dyr kraftig.
Å bygge enheten var ingen liten utfordring. Graduate student Boyang Zhang måtte først bruke en teknikk kalt 3D stempling for å lage ekstremt tynne lag med en klar, fleksibel polymer. Hvert lag inneholdt et mønster av kanaler som ikke er bredere enn et menneskehår. Disse ville fungere som organets blodkar.
Han stablet deretter lagene manuelt og brukte UV-lys for å forårsake en kjemisk reaksjon som smeltet dem sammen. Det skapte stillaset som orgelet ville vokse rundt seg i. For å se om oppfinnelsen deres faktisk ville fungere, implanterte forskerne den i en rotte. De var glade for å se blod passere gjennom enhetens trange kanaler uten å koagulere.
De badet deretter et AngioChip i en væske fylt med levende menneskelige hjerteceller. Snart begynte cellene å vokse i og utenfor de kunstige blodkarene akkurat som i en menneskekropp. Da cellene fortsatte å vokse den neste måneden, begynte det fleksible apparatet å fungere som et reelt organ, og til slutt trekke seg sammen og utvide seg i en jevn rytme, akkurat som en hjerteslag.
"Det som gjør AngioChip unikt, er at vi bygde et vaskulært system i vevet, " forklarer Zhang. "Dette nettverket av fartøyer vil i fremtiden hjelpe oss med å koble flere organer sammen, akkurat som hvordan organene våre er koblet sammen i blodsystemet vårt."
Bytte ut transplantasjoner?Ingeniørene opprettet en lever på en chip på samme måte. Med tiden begynte det også å oppføre seg som dets menneskelige motstykke, produsere urea, hovedforbindelsen i urin, og også metabolisere medisiner. Etter hvert vil forskerne kunne koble chips av forskjellige organer for å se ikke bare hvordan et medikament vil påvirke hvert organ, men også påvirkningen av dem på begge samtidig.
Eller, som Radisic har antydet, en tumor og hjerteceller kan kobles sammen for å se hvilke medisiner som kan ødelegge svulsten uten å skade hjertet.
"De minste karene i dette vevet var bare så brede som et menneskehår, men blod kunne fremdeles flyte lett gjennom dem, " sa Radisic. "Dette betyr at vi vil være i stand til å bygge menneskelige svulster hos dyr som bruker denne plattformen for å hjelpe oppdage nye, mer effektive kreftmedisiner. "
Det er klart, at laboratorievoksne organer har potensial til å bringe mye mer presisjon og hastighet til medikamenttestingprosessen. Men når AngioChip kan implanteres hos mennesker, sier Radisic, kan det erstatte behovet for å transplantere organer fra en annen person. I stedet kunne organer dyrkes med celler hentet fra verten, noe som kan redusere risikoen for avvisning betydelig.
I gjennomsnitt dør 21 mennesker hver dag fordi egnede organer ikke er tilgjengelige for transplantasjoner.
Det neste trinnet for teamet i University of Toronto er å samarbeide med en produsent for å utvikle en prosess for å bygge flere AngioChips samtidig. Akkurat nå er de håndbygget, en om gangen.
