Uue ravimi hankimine keemialabori ideest turule jõudmiseks võtab palju aastaid ja miljardeid dollareid. Igal aastal kiidetakse Ameerika Ühendriikides heaks mitukümmend uut ravimit.
Inimeste „kiibidel olevad elundid” juhivad revolutsiooni ravimiohutuse testimisel. Need seadmed kasutavad inimese rakke inimese organite ja kudede struktuuri ja funktsioonide modelleerimiseks. Uurides ravimite võimalikku mõju erinevatele elunditele kiiremini kui traditsioonilisi meetodeid kasutades, saavad kiibid-kiibid vähendada loomkatsete vajadust ja paremini ennustada, millised uued ravimid tõhusalt ravivad inimeste haigusi.
Interdistsiplinaarse uurimisrühma osana töötame kiibil oleva neeru kallal, et parandada arusaamist neeruhaiguste tekkimisest ja sellest, millised ravimid saavad neid ohutult ravida.
**********
Ajalooliselt tehakse uute ravimite laboratoorseid uuringuid nõudes või kolbides kasvatatud rakkudes. Kui ravim läbib esmased skriiningtestid in vitro, testivad teadlased seda in vivo elusloomadel, et teha kindlaks uue ravimi mõju tervele süsteemile, mitte ainult ühte rakutüüpi korraga. Lõpuks testivad teadlased pärast aastaid kestnud laboratoorset uurimist inimestes paljutõotavat uut ravimit, et näha, kas see on ohutu ja tõhus.
Probleemiks on 9 ravimit kümnest nendest ravimitest, mis ei muutu kunagi väiksemahuliste inimkatsete kaudu patsiendile, kuna need osutuvad ebaefektiivseteks või toksilisteks, isegi kui nende varase testimise tulemused olid paljulubavad.
Mikroskeemidel on potentsiaal seda süsteemi täielikult muuta. Alates küünte suurusest kuni krediitkaardini, koosnevad need vedelikukanalitest ja pisikestest kambritest, mis sisaldavad inimese rakuproove. Kogu riigi laborites arenevate orgaaniliste kiipide hulka kuuluvad neerud, kopsud, maks, sool, nahk, aju, süda, luud ja reproduktiivsüsteemid.
Kiibil asuvas elutoites varustab voolav vedelik rakke hapniku ja toitainetega, sarnaselt sellele, kuidas veri inimkehas rakke toetab. See pidev voog muudab need seadmed eriliseks. Kiipides elundites kasvatatud rakud toimivad inimese elundi rakkude moodi pigem rakkudena, mida kasvatatakse tasastes nõudes ilma vooluta.
Vedelik ringleb läbi neeru-kiibil. (Alex Levine, CC BY-ND) **********
Neerud on inimese üldise tervise jaoks uskumatult olulised. Kaks rusikasuurust neeru eemaldavad kehast ravimeid ja soovimatuid ühendeid ning mängivad olulist rolli soola- ja veetasakaalu, vererõhu ja D-vitamiini ning luude tervise hoidmisel. Geneetilised seisundid ja isegi tavaliselt manustatavad ravimid võivad mõnel juhul neerusid kahjustada.
USA-s on neeruhaigusi 15 protsendil täiskasvanutest. Kuid enamik isegi ei tea seda, sest neeruhaigused ei avalda sageli sümptomeid enne, kui haigusseisund on väga kaugele arenenud. Vaja on mõista, kuidas neeruhaigus algab, ja töötada välja uued ohutud ja tõhusad ravimeetodid.
Siin, Washingtoni ülikoolis, koosneb meie neeru-kiibil olev uurimisrühm teadlastest paljudest erinevatest erialadest, sealhulgas farmaatsia, farmaatsiateadused, nefroloogia (neeruhaiguste ravim), toksikoloogia, biokeemia ja biotehnoloogia.
Koostöös kohaliku biotehnoloogiaettevõttega Nortis, Inc. on meie meeskond loonud väikese seadme - visiitkaardi suuruse - kuni kolme pisikese toruga, millest igaühes on tuhat tuhat tilka vett ja mis sisaldab 5000 inimest neerurakud. Kui torude kaudu pumbatakse väikeses koguses vedelikku, puutuvad neerurakud kokku oluliste signaalidega, mis aitavad kiibi rakkudel käituda nii, nagu oleksid nad elusas neerus.
Oleme leidnud, et neerurakud vabastavad teadaolevate neerutoksiinidega kokkupuutel vigastuste signaale - nn biomarkereid. Meie uuringud näitasid, et kiibi rakud vabastasid kahjustuste markerid, mida tavaliselt täheldatakse neerukahjustusega inimeste uriinis. Vanema meetodiga katsetamine, kasutades rakke plaatidel, ei näidanud sama töötluse korral kahjustusi. See viitab sellele, et kiibil olev neer võib olla parem kui olemasolevad meetodid ennustamaks, kas uus ravim põhjustab inimestel neerukahjustusi.
Need seadmed kontrollivad paremini, kuidas molekulid mõjutavad inimese elusaid rakke. (Alex Levine, CC BY-ND) **********
Nüüd, kui meil on olnud need paljulubavad tulemused, hakkavad kogu riigi teadusrühmad ühendama erinevaid organeid, et korrata keerukamat, mitme organi süsteemi, et saada parem ülevaade sellest, kuidas ravimid mõjutavad inimesi. Näiteks saime ühendada maksa kiibil neeru kiibiga, et teada saada, kuidas mõnedes taimsetes ravimites kasutatav taimeekstrakt, mida nimetatakse aristolohhapeks, kahjustab neerurakke. See kiibi-kiibi uurimine suurendab vajadust kiibil ühendatud elundite järele, et inimkehas keerulist mehaanikat korrata.
Tuleval aastal on meie neeru-kiibil projekt üks paljudest, mis saadetakse rahvusvahelisse kosmosejaama, kus madal gravitatsioon kiirendab muutusi rakkudes, põhjustades mõnikord astronautidele terviseprobleeme. Kosmosejaam võiks olla ideaalne koht neeruhaiguste kohta lisateabe saamiseks nädalate, mitte aastate või aastakümnete jooksul.
Orgaanilisi kiibisid saab kasutada ka uute uimasti sihtmärkide avastamiseks. Meie meeskond hindab neerude kiipi kui vahendit ravimite valiku ja annustamise isikupärastamiseks neeruvähi, polütsüstilise neeruhaiguse ja kroonilise neeruhaigusega inimestele. Teised üle kogu kiibi töötavad laborid uurivad immuunsussüsteemi, aju, kopsude, südame ja veresoonte haigusi. Koos töötades arendavad kümned uurimisrühmad seda uut tehnoloogiat, et muuta ravimite avastamine revolutsiooniliseks, viies kõigi jaoks paremate ja ohutumate ravimite väljatöötamiseni.
See artikkel avaldati algselt lehel The Conversation.
Catherine Yeung, Washingtoni ülikooli farmaatsia teadusuuringute assistent
Edward Kelly, Washingtoni ülikooli farmaatsia dotsent
Jonathan Himmelfarb, neeru uurimisinstituudi direktor ja Washingtoni ülikooli meditsiiniprofessor
