Der Multiorgan-Chip im Einsatz Columbia Engineering
Forscher am Irving Medical Center der Columbia University haben in Zusammenarbeit mit Columbia Engineering ein Organ-on-a-Chip-System entwickelt, das aus Geweben des menschlichen Herzens, der Leber, des Knochens und der Haut sowie zirkulierenden Immunzellen zur Nachahmung bestehtdie Physiologie des menschlichen Körpers, sagte a Pressemitteilung der Universität.
Engineering-Gewebe sind heute die Hauptstütze von Krankheitsmodellen und bieten ideale Bedingungen für das Fortschreiten der Krankheit und die Wirksamkeit von Medikamenten. Der menschliche Körper ist jedoch ein Kollektiv von Gewebetypen, die nicht isoliert arbeiten, sondern physiologisch kommunizierenEntwicklungOrgan-on-a-Chip Systeme, die den menschlichen Körper nachahmen können und mehr Informationen über den Verlauf von Krankheiten und die Wirkung von Medikamenten auf andere Organe liefern.
Nachahmung des menschlichen Körpers und einzigartig für Einzelpersonen
Das von den Forschern entwickelte Multi-Organ-on-a-Chip-System ist nur so groß wie ein Mikroskop-Objektträger. Es besteht aus menschlichem Herz-, Knochen-, Leber- und Hautgewebe, jedes einzigartig in seiner embryonalen Herkunft, Struktur und Strukturfunktionellen Eigenschaften und erfordert eine eigene, unabhängige Umgebung. Die Organgewebe sind alle durch den Gefäßfluss von Immunzellen verbunden. Diese einzigartige Unterscheidung erreichten die Forscher durch die Verwendung von Endothelbarrieren, die selektiv durchlässig sind.
Interessanterweise werden die auf dem Chipsystem vorhandenen Gewebetypen aus derselben Zelllinie entwickelt wie die vom Menschen induzierte pluripotente Stammzellen iPSC Mit der Technologie können Forscher patientenspezifische Linien aus einer kleinen Blutprobe erstellen, die einer Person entnommen wurde.
Während Wachstum und Reifung des Gewebetyps vier bis sechs Wochen dauerten, konnten die Forscher diese Gewebe auch noch weitere vier Wochen in ihrer individuellen Umgebung halten.
Studium von Krebsmedikamenten
Während dieser Zeit untersuchten die Forscher die Wirkung des KrebsmedikamentsDoxorubicin, das bei Patienten weit verbreitet ist und von dem bekannt ist, dass es Nebenwirkungen hat. Das Team entwickelte ein neuartiges Rechenmodell, um die Absorption, Verteilung, den Metabolismus und die Sekretion des Medikaments auf dem Multi-Organ-Chip zu simulieren, und verifizierte seine Genauigkeit durch Untersuchung des DoxorubicinsStoffwechsel.
"Wir konnten einige frühe molekulare Marker der Kardiotoxizität, der Hauptnebenwirkung des Medikaments, identifizieren. Der Multi-Organ-Chip sagte genau die Kardiotoxizität und Kardiomyopathie voraus, die Kliniker oft dazu zwingen, die therapeutische Dosis von Doxorubicin zu verringern oder sogar zu stoppenTherapie", sagte Projektleiterin Gordana Vunjak-Novakovic.
Die Rechenmodelle können in zukünftigen Studien verwendet werden, um die pharmakodynamischen Ergebnisse anderer Medikamente genau vorherzusagen und bei der Extrapolation der Auswirkungen auf die klinischen Ergebnisse zu helfen.
Das Team verwendet derzeit Variationen des Chips, um Metastasen bei Brustkrebs, Prostatakrebs, Leukämie, Auswirkungen von Ischämie auf andere Organe sowie die Auswirkungen einer SARS-CoV-2-Infektion auf Herz, Lunge und Gefäßsystem zu untersuchen, heißt es in der Pressemitteilung.