تسمح نماذج العضو على رقاقة للباحثين بإجراء دراسات أقرب إلى ظروف الحياة الواقعية – وربما تشحيم خط تطوير الأدوية

إن إحضار دواء جديد إلى السوق يكلف مليارات الدولارات ويمكن أن يستغرق أكثر من عقد. تعد هذه الاستثمارات المالية والزمنية العالية من العوامل المساهمة القوية في ارتفاع تكاليف الرعاية الصحية اليوم وعقبات كبيرة أمام تقديم علاجات جديدة للمرضى. أحد الأسباب الرئيسية وراء هذه الحواجز هو النماذج المعملية التي يستخدمها الباحثون لتطوير الأدوية في المقام الأول.

تُجرى التجارب قبل السريرية ، أو الدراسات التي تختبر فعالية الدواء وسميته قبل أن يدخل في التجارب السريرية على البشر ، بشكل أساسي على مزارع الخلايا والحيوانات. كلاهما مقيد بضعف قدرتهما على محاكاة ظروف جسم الإنسان. لا تستطيع مزارع الخلايا في طبق بتري تكرار كل جانب من جوانب وظيفة الأنسجة ، مثل كيفية تفاعل الخلايا في الجسم أو ديناميات الأعضاء الحية. والحيوانات ليست بشرًا – حتى الاختلافات الجينية الصغيرة بين الأنواع يمكن تضخيمها إلى اختلافات فسيولوجية كبيرة.

أقل من 8٪ من الدراسات الناجحة على الحيوانات لعلاجات السرطان تصل إلى التجارب السريرية البشرية. نظرًا لأن النماذج الحيوانية غالبًا ما تفشل في التنبؤ بتأثيرات الأدوية في التجارب السريرية البشرية ، يمكن أن تؤدي حالات الفشل المتأخرة هذه إلى زيادة التكاليف والمخاطر الصحية للمريض بشكل كبير.

لمعالجة مشكلة الترجمة هذه ، طور الباحثون نموذجًا واعدًا يمكنه محاكاة جسم الإنسان عن كثب – عضو على شريحة.

بصفتي كيميائيًا تحليليًا ، كنت أعمل على تطوير نماذج للأعضاء والأنسجة تتجنب بساطة مزارع الخلايا الشائعة والتناقضات في النماذج الحيوانية. أعتقد أنه مع مزيد من التطوير ، يمكن للأعضاء على الرقائق أن تساعد الباحثين في دراسة الأمراض واختبار الأدوية في ظروف أقرب إلى الحياة الواقعية.

ما هي الاعضاء على الرقائق؟

في أواخر التسعينيات ، اكتشف الباحثون طريقة لطبقة البوليمرات المرنة للتحكم في السوائل وفحصها على المستوى المجهري. أدى هذا إلى إطلاق مجال الموائع الدقيقة ، والذي يتضمن بالنسبة للعلوم الطبية الحيوية استخدام الأجهزة التي يمكن أن تحاكي التدفق الديناميكي للسوائل في الجسم ، مثل الدم.

لقد وفرت التطورات في علم الموائع الدقيقة للباحثين منصة لاستنبات الخلايا التي تعمل بشكل وثيق أكثر لكيفية عملها في جسم الإنسان ، وتحديدًا مع الأعضاء على الرقائق. تشير “الرقاقة” إلى جهاز ميكروفلويديك الذي يغلف الخلايا. عادة ما يتم تصنيعها باستخدام نفس التكنولوجيا مثل رقائق الكمبيوتر.

لا تحاكي الأعضاء الموجودة على الرقائق تدفق الدم في الجسم فحسب ، بل تحتوي هذه المنصات على غرف صغيرة تسمح للباحثين بدمج أنواع متعددة من الخلايا لتقليد مجموعة متنوعة من أنواع الخلايا الموجودة عادة في العضو. يربط تدفق السوائل هذه الأنواع المتعددة من الخلايا ، مما يسمح للباحثين بدراسة كيفية تفاعلهم مع بعضهم البعض.

يمكن لهذه التقنية التغلب على قيود كل من مزارع الخلايا الثابتة والدراسات الحيوانية بعدة طرق. أولاً ، يسمح وجود السائل المتدفق في النموذج بتقليد كلٍّ من ما تختبره الخلية في الجسم ، مثل كيفية تلقيها للعناصر الغذائية وإزالة النفايات ، وكيف يتحرك الدواء في الدم ويتفاعل مع أنواع متعددة من الخلايا. تمكن القدرة على التحكم في تدفق السوائل الباحثين أيضًا من ضبط الجرعات المثلى لعقار معين.

نموذج الرئة على رقاقة ، على سبيل المثال ، قادر على دمج الصفات الميكانيكية والفيزيائية للرئة البشرية الحية. إنه قادر على محاكاة تمدد وتقلص الرئة أو الشهيق والزفير ومحاكاة الواجهة بين الرئة والهواء. تسمح القدرة على تكرار هذه الصفات للباحثين بدراسة ضعف الرئة بشكل أفضل عبر عوامل مختلفة.

زيادة حجم الأعضاء على الرقائق

في حين أن العضو على رقاقة يدفع حدود الأبحاث الصيدلانية في المراحل المبكرة ، لم يتم دمج التكنولوجيا على نطاق واسع في خطوط أنابيب تطوير الأدوية. أعتقد أن العقبة الأساسية أمام التبني الواسع لمثل هذه الرقائق هي درجة تعقيدها وانخفاض مستوى التطبيق العملي.

يصعب على العالم العادي استخدام نماذج العضو على رقاقة الحالية. أيضًا ، نظرًا لأن معظم النماذج تستخدم مرة واحدة وتسمح بإدخال واحد فقط ، مما يحد مما يمكن للباحثين دراسته في وقت معين ، فهي مكلفة وتستغرق وقتًا وعمالة كبيرة في التنفيذ. قد تؤدي الاستثمارات الكبيرة المطلوبة لاستخدام هذه النماذج إلى إضعاف الحماس لاعتمادها. بعد كل شيء ، غالبًا ما يستخدم الباحثون النماذج الأقل تعقيدًا المتاحة للدراسات قبل السريرية لتقليل الوقت والتكلفة.

يعد خفض المستوى التقني لصنع واستخدام الأعضاء على الرقائق أمرًا بالغ الأهمية للسماح لمجتمع البحث بأكمله بالاستفادة الكاملة من فوائدها. لكن هذا لا يتطلب بالضرورة تبسيط النماذج. لقد صمم مختبري ، على سبيل المثال ، العديد من رقاقات أنسجة “التوصيل والتشغيل” المعيارية والوحدات ، مما يسمح للباحثين بتجميع الأجزاء المعدة مسبقًا لإجراء تجاربهم.

كما أدى ظهور الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى تسهيل تطوير العضو على رقاقة بشكل كبير ، مما سمح للباحثين بتصنيع نماذج الأنسجة والأعضاء بالكامل مباشرة على الرقائق. تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد مثالية للنماذج الأولية السريعة ومشاركة التصميم بين المستخدمين كما أنها تجعل من السهل أيضًا إنتاج كميات كبيرة من المواد القياسية.

أعتقد أن الأعضاء على الرقائق تحمل القدرة على تحقيق اختراقات في اكتشاف الأدوية والسماح للباحثين بفهم أفضل لكيفية عمل الأعضاء في الصحة والمرض. يمكن أن تساعد زيادة إمكانية الوصول إلى هذه التكنولوجيا في إخراج النموذج من التطوير في المختبر والسماح له بترك بصماته على صناعة الطب الحيوي.