«Мы разработали систему «орган на чипе», которая может измерять и контролировать условия культивирования и скорость метаболизма клеток в любое время с помощью микросенсоров. До сих пор это было недостаточно возможно только в 3D-клеточных культурах», — говорит Велтин.
Система была разработана в сотрудничестве с группой молекулярной гинекологии отделения гинекологии и акушерства Университетской больницы RWTH Ахена. В будущем клетки, полученные от пациентов в системах «орган на чипе», могут позволить проводить персонализированную терапию рака. Работа ученых была опубликована в научном журнале Лаборатория на чипе.
Встроенные датчики измеряют клеточные метаболиты
В системах «орган на чипе» трехмерные модели тканей соединены искусственной схемой таким образом, что они действуют как органы в миниатюре на микрочипе. Таким образом, физиологические процессы — например, рост опухоли — могут воспроизводиться и наблюдаться вне человеческого организма.
Исследовательская группа создала дизайн чипа со встроенными микросенсорами и микрофлюидиками, которые могут измерять метаболиты клеток непосредственно на месте. В своей системе ученые выращивали мини-опухоли рака молочной железы из отдельных стволовых клеток и использовали электрохимические датчики для мониторинга потребления клетками кислорода и глюкозы, а также выработки лактата в течение одной недели.
«Наша платформа позволяет проводить динамическую 3D-культуру органоидов опухоли, в то время как до сих пор часто использовались статические 2D-культуры, которые могут лишь в ограниченной степени воспроизводить сложную микросреду опухоли», — говорит первый автор и аспирант Йоханнес Дорнхоф.
Кроме того, чиповая система также может быть использована для изучения влияния лекарств на клеточный метаболизм — например, клеточный эффект химиотерапевтических агентов может быть зарегистрирован количественно и в режиме реального времени в контексте исследований рака.
Клетки, полученные от пациента, могут обеспечить персонализированную терапию
Использование собственных стволовых клеток пациента позволяет реплицировать оригинальную опухоль вне организма. Это может открыть новые возможности для персонализированной терапии, например, в отношении возможной устойчивости к определенным химиотерапевтическим агентам, что имеет решающее значение при агрессивном тройном негативном раке молочной железы. В будущем должна появиться возможность первоначально тестировать лекарства для пациента в системах «орган на чипе» на эффективность и побочные эффекты.
«Наши результаты подчеркивают потенциал интеграции микросенсоров в системы» орган на чипе «в исследованиях рака и разработке лекарств, особенно в области персонализированной медицины»,-говорит Велтин. И доктор Йохен Кенингер объясняет: «Эта работа прекрасно демонстрирует важность междисциплинарных исследований. Объединение различных инженерных дисциплин с биологией и медициной было необходимо для успеха».