Organs-On-A-Chip và tiến hóa nghiên cứu y học

Nó đã được công nhận rộng rãi rằng các mô hình động vật để thử nghiệm thuốc và các phương pháp điều trị y tế khác có một số sai sót nghiêm trọng. Trong một số trường hợp, những phương pháp này là phi đạo đức và tàn nhẫn. Hơn nữa, những nghiên cứu này không phải lúc nào cũng có thể dự đoán chính xác sinh lý của con người. Nhiều nghiên cứu trong số này đi kèm với chi phí lớn, điều đó có nghĩa là một số loại thuốc có thể không bao giờ được đưa vào giai đoạn thử nghiệm.

Các nhà nghiên cứu trên toàn cầu đang nghiên cứu phát triển các bộ phận cơ thể người thu nhỏ có khả năng thay thế thử nghiệm trên động vật và tăng tốc độ thử nghiệm thuốc. Các thí nghiệm của họ cho thấy công nghệ non trẻ mới nổi này thường có thể dự đoán phản ứng của cơ thể đối với thuốc và bệnh mà không cần sử dụng các đối tượng sống. Ngành công nghiệp dược phẩm đang bày tỏ sự quan tâm đến công nghệ y tế vừa chớm nở này, điều này đang giúp thúc đẩy sự đổi mới của nó.

Organ-On-A-Chip để thử nghiệm thuốc

Organ-on-a-chip là một thiết bị được tạo ra bằng phương pháp sản xuất vi mạch. Nó chứa các buồng được tưới máu liên tục được lót bởi các tế bào người sống. Kích thước của một thẻ nhớ máy tính nhỏ, thiết bị này bắt chước sinh học và chức năng của các cơ quan thực và là một bản nâng cấp trên các hệ thống hiện có được sử dụng ngày nay (chẳng hạn như các tế bào sống được nuôi trong đĩa petri).

Các nhà khoa học đã phát triển các cơ quan khác nhau trên phổi: phổi, tim, ruột và gan. Chẳng hạn, phổi trên chip chứa cả tế bào phổi và mao mạch với một bên tiếp xúc với môi trường giống như máu và bên còn lại tiếp xúc với không khí. Điều này cung cấp cho các nhà khoa học cái nhìn sâu sắc về phần phổi nơi trao đổi khí xảy ra. Đây là khu vực thường xảy ra các vấn đề về phổi như nhiễm trùng và ung thư. Phổi trên một con chip rất linh hoạt, vì vậy nó trải dài và co lại giống như phổi của con người - tái tạo chức năng của cơ quan sống.

Công nghệ Organs-on-chip bắt nguồn từ các phòng thí nghiệm của Viện Wyss về Kỹ thuật lấy cảm hứng sinh học tại Đại học Harvard. Một số công ty thương mại hiện đang sản xuất chip tái tạo một cơ quan bị bệnh. Những người khác đang tập trung vào cách thức các loại thuốc - cả đã được phê duyệt và mới được phát triển - hoạt động trong các thiết bị này so với cơ thể con người. Khi các công ty dược phẩm đồng ý rằng đầu tư vào công nghệ chip là một sự theo đuổi xứng đáng, đầu tư thêm và các tinh chỉnh tiếp theo sẽ làm cho các bộ phận trên chip thậm chí còn hữu ích hơn trong tương lai.

Năm ngoái, Emulation, Inc. đã công bố một sự hợp tác nghiên cứu với Johnson & Johnson và Viện Wyss để đánh giá nền tảng huyết khối trên chip của họ có khả năng được sử dụng để thử nghiệm các loại thuốc được biết là gây ra cục máu đông. Các chip mô hình các yếu tố khác nhau có thể góp phần vào sự phát triển của cục máu đông. Nếu thành công, công nghệ này có thể được sử dụng trong các thử nghiệm thuốc lâm sàng để giảm thiểu rủi ro do một số loại thuốc gây ra - chẳng hạn như thuốc điều trị miễn dịch và ung thư - được biết đến với các tác dụng phụ có thể liên quan đến đông máu.

Những tiến bộ gần đây trong việc phát triển các cơ quan thô sơ từ tế bào gốc cũng có thể hỗ trợ công nghệ organ-on-a-chip. Các thí nghiệm cho thấy các tế bào gốc của con người có thể được lập trình để tạo ra các loại mô khác nhau. Mặc dù phải mất một thời gian trước khi kỹ thuật này có thể được sử dụng để phát triển các bộ phận cá nhân cho bệnh nhân cấy ghép, nó đã có thể được áp dụng để phát triển mô người cho các mô hình cơ quan trên chip.

Sẽ sớm có con người trên chip?

Các nhà khoa học tại Viện Wyss hiện đang thực hiện một dự án đầy tham vọng: Họ đang tìm cách liên kết các cơ quan khác nhau trên chip để tạo ra một bản sao của toàn bộ cơ thể con người. Điều này có thể hỗ trợ các thử nghiệm ma túy một cách tuyệt vời.Nhiều đối tượng in vitro có thể được kiểm tra và phân tích về phản ứng của họ với một loại thuốc nhất định trong một khoảng thời gian ngắn.

Homo chippiens, vì mô hình này được mệnh danh là hài hước, cũng đã được Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ khám phá như là một mô hình thay thế để nghiên cứu tác động của chất độc môi trường, chẳng hạn như tác động của Dioxin và Bisphenol A (BPA) đối với gan người.

Hiện tại, hầu như bất kỳ loại thuốc mới nào vẫn cần phải trải qua một thử nghiệm lâm sàng kéo dài cũng như được thử nghiệm trên người trước khi đưa ra thị trường. Sự phát triển của các cơ quan người thu nhỏ có thể làm cho quá trình phát triển ngắn hơn bằng cách bỏ qua một phần của giao thức thử nghiệm thuốc mới. Tuy nhiên, một số chuyên gia cảnh báo rằng chip không thể nắm bắt được sự phức tạp đầy đủ của cơ quan người và công nghệ này có những hạn chế cần được giải quyết trước khi chúng trở nên hữu ích như là sự thay thế thực sự cho các cơ quan thực sự.