Пулс в чип

Изграждането и отглеждането на "орган върху чип" може да замести тестовете върху животни и човешки клетки и да сведе риска от клинични тестове с хора до минимум. "Конвенционалното тестване на лекарства вече не работи. Продуктивността на развойната дейност в медицината и фармацията спада. За всеки 1 млрд. долара, които влагаме, получаваме все по-малко резултати", започва една от лекциите си Жералдин Хамилтън, един от пионерите на тази биоинженерна технология в Wyss Institute към Харвардския университет. За 2014 г. само шест от най-големите световни компании във фармаиндустрията са инвестирали над 40 млрд. долара в развойна дейност, сочат данни на Bloomberg.

А причината да не чуваме за откриването на множество нови революционни лекарства е, че индустрията просто няма инструменти да ускори тестовите процеси и да подобри прогнозите как би реагирал истински човешки организъм. Едва 12% от препаратите, които се тестват, изобщо някога достигат до пазара. "Някога" означава средно десет години, пише в годишния доклад на Biopharmaceutical Research Industry за 2015 г.

Дишащи пластинки

"В ръката си държа жив дишащ бял дроб", казва Хамилтън в своя реч за TED. Tя посочва прозрачна пластина, голяма колкото тънка кибритена кутийка. За създаването ѝ е използвана технология за изграждане на компютърен чип, а във вътрешността ѝ се крие миниатюрен улей. В него има живи тъкани - в средата върху пореста мембрана са прикрепени клетки от органа, който се пресъздава, и капиляри. Около улея чрез вакуум се създава механичното движение, характерно за тъканта в естествената й среда - върху истински бял дроб. През каналчето минава въздух, а през капилярите - кръв.

Когато заедно с въздуха в този улей се пуснат и определени бактерии, може с голяма точност да се наблюдава реакцията на белия дроб и как точно белите кръвни телца ги атакуват. На същия принцип може да се изследва и отражението на различни препарати. В случая с белия дроб технологията има потенциал за намирането на лечения за кистозна фиброза например.

Освен това в момента се разработват и други органи на чип - сърце, черен дроб, бъбрек, черва, костен мозък, благодарение на което могат да се изследват всякакви широко разпространени заболявания, за които няма ясно установени причини и лек като синдрома на раздразнено черво например.

"Истинската сила на тази технология е, че можем да свържем чиповете помежду им в мултиорганна система и да създадем човек на чип", смята Хамилтън. Всъщност никой тук не си играе на Господ - идеята е чрез свърването с флуидни канали на отделните чипове-органи да се получи по-ясна представа как би реагирала цялата система на определени влияния. Например така би могло с точност да се наблюдава как реагират органите при впръскване на лекарство за астма - променя ли се сърдечният ритъм, черният дроб пречиства ли се от токсини и т.н. Така може да се изследва динамичната реакция на цялото тяло към различни вещества. В последното, изглежда, е видяла потенциал и aмериканската военна агенция за проучвания DARPA, която още през 2012 г. подкрепи изследванията на Wyss Institute с 37 млн. долара с идеята върху такъв човек-чип да се тестват биологични оръжия и радиационни лъчения.

Серийно сътворение

Освен американските военни към създаването на човешки организъм върху чип са се насочили и редица компании, които имат за цел да комерсиализират технологията. Както и такива, които разработват апаратура за разчитането на чиповете. Десет от фирмите до момента са привлекли малко над 118 млн. долара инвестиции, в които не влизат тези на DARPA, показват данни в Crunch base.

Една от първите компании в тази сфера - Organovo, дори излезе на борсата през 2012 г., като набра 46 млн. долара за оценка от 331 млн. долара. Към днешна дата пазарната й стойност е един милиард долара. Разработчиците всъщност се занимават с т.нар. 3D биопринтиране - сходна технология на базата на култивирани човешки клетки. Другите два по-известни стартъпа в сферата на биоинженернoто 3D принтиране са Insphero и Еmulate. Последната предизвиква най-много медийно внимание досега и е spin-off на Wyss Institute и единствената засега фокусирана върху създаването на интегрирана мултиорганна система. Компанията си партнира с гиганти като Johnson&Johnson и AstraZeneca.

Основаната в Масачузетския технологичен институт през 2008 г. Hepregen разработва черен дроб върху чип, като от 2013 г. насам има готов комерсиален продукт. Компанията продава разработката си под бранда HepatoPac и освен към хора "платформата" им е адаптивна към плъхове, маймуни и кучета. Компанията има и още един продукт - HepatoMune, който симулира възпален орган. Почти същата е и историята на привляклата 9.2 млн. долара HμREL, чийто основен инвеститор е една от най-големите организации за защита на животните в САЩ - The Humane Society of the United States.

Има и още няколко фирми, които не са толкова впечатляващи като привлечено финансиране, но имат интересни разработки. Германската TissUse представи двуорганен чип през 2013 г., който оттогава е участвал в над 20 академични и индустриални проучвания. В интервю за "Капитал" през лятото д-р Рейк Хорланд от екипа на TissUse обясни, че компанията от три години комерсиализира технологията и успешно е пуснала на пазара дву- и четитиорганни системи. В момента младата компания развива десеторганна система, с която може още по-точно да се изследва влиянието на един препарат върху целия организъм.

Създадената през 2014 г. AxoSim работи върху създаването на нерв върху чип, а базираната в Ню Йорк Tara Biosystems разработва сърце.

Сърце за всеки

"Технологията още е в детското гащеризонче", каза само преди няколко месеца Хорланд и обясни, че масовото проиводство все още е далеч. От август до ноември обаче от "Харвард" успяха да го опровергаят. Това, че в края на октомври беше създадено 100% 3D принтирано сърце на чип, адресира два основни проблема на концепцията - трудоемкото създаване на чиповете в т.нар. чисти стаи и необходимостта от много високотехнологична апаратура за събирането на данни.

"Нашият подход на мултиматериално дигитално производство позволява да автоматизираме създаването на чиповете и да увеличаваме сложността им", обяснява Травис Бъсбий, съавтор на изследването, довело до разработката. Така чрез изцяло дигиталното производство могат да се вграждат и сензори в "органите", благодарение на които следенето на показатели и извличането на данни да стане много по-лесно.

Медикаментозен индивидуализъм

Технологията, която тепърва ще добива известност и ще се налага, има потенциал да направи революция и в сфери извън фармацията и медицината. Например в козметиката. Жералдин Хамилтън още през 2013 г. заговаря за кожата върху чип, към която L’Oreal, изглежда, проявява интерес. Oт миналата година гигантът си партнира с Organovo, като в лабораторията си има 80 различни проби, симулиращи кожа на различни възрасти и с различни характеристики, върху които тества продуктите си.

Органите върху чип всъщност открехват вратата към една нова ера. В сферата на фармацията и медицината, разбира се, тя означава много по-ниски разходи, къси срокове и точност при предклиничните изследвания. Но има и още по-голямо значение. В един недалечен момент ще стане възможно да се тестват детските лекарства, които в конвенционалната фармация много рядко се тестват върху деца. Така те ще бъдат проверявани върху детски клетки и органи.

Помислете си колко пъти, когато детето ви не е реагирало изобщо на най-разпространения сироп за кашлица, сте си казвали "всеки организъм е различен". Последното е безспорен факт. Представете си сега технология, която поставя вашите клетки на чип и може да предвиди кое лекарство ще ви помогне и кое ще предизвика алергична реакция. "Ако сме на прав път, това може да ни отведе до нов вид медицина - персонализираната", смята Хамилтън.