Учёные создали лёгкое-на-чипе с работающей иммунной системой

Исследователи из Georgia Tech и Университета Вандербильта представили первое в мире «лёгкое-на-чипе» с полноценной иммунной системой. Это открытие, опубликованное в журнале Nature Biomedical Engineering, может изменить подходы к изучению болезней дыхательной системы, снизить зависимость от экспериментов на животных и ускорить разработку новых методов терапии.

Как работает «орган-на-чипе»

Технология «лёгкое-на-чипе» представляет собой миниатюрную платформу размером с почтовую марку. В прозрачном полимерном чипе создаются крошечные каналы, выстланные живыми человеческими клетками. Ранее такие системы имитировали лишь базовые процессы дыхания, но теперь исследователям удалось воспроизвести и работу иммунных клеток.

По словам руководителя исследования, профессора Анкура Сингха, момент, когда под микроскопом впервые увидели циркулирующие иммунные клетки, стал настоящим прорывом:

«Впервые мы почувствовали, что имеем дело с чем-то максимально близким к настоящему человеческому лёгкому».

Почему это важно

Для миллионов людей с астмой, раком лёгких или хроническими инфекциями даже простые действия — подняться по лестнице или сделать глубокий вдох — становятся испытанием. До сих пор врачи не имели инструмента, который бы точно показывал, как лёгкие борются с болезнью на клеточном уровне.

Новый чип даёт возможность наблюдать весь процесс: как органы реагируют на вирус, как распространяется воспаление и каким образом начинается заживление тканей.

Испытание вирусом гриппа

Настоящим подтверждением работы системы стало заражение чипа вирусом гриппа. Лёгкое «отразило атаку» так же, как и в организме человека: иммунные клетки устремились к очагу инфекции, воспаление распространилось по тканям, и включились защитные механизмы.

Многие годы исследователи пытались добавить иммунитет в модели «орган-на-чипе», но клетки быстро погибали и не взаимодействовали с тканями должным образом. Теперь эта проблема решена.

Альтернатива животным моделям

Традиционные исследования лёгких в основном проводились на мышах. Но их иммунная система и течение заболеваний значительно отличаются от человеческих. Новый чип позволяет моделировать индивидуальные реакции организма и тем самым сокращать необходимость в экспериментах на животных.

Как подчеркнул профессор Криш Рой, соавтор работы:

«Это устройство даёт беспрецедентное понимание того, как иммунитет реагирует на тяжёлые вирусные инфекции. Оно идеально соответствует стратегическому курсу FDA на снижение использования животных моделей».

Перспективы

Сегодня платформа используется для изучения гриппа, но её возможности гораздо шире. Учёные планируют исследовать с её помощью астму, туберкулёз, муковисцидоз и рак лёгких. В будущем такие чипы смогут создаваться из клеток конкретного пациента, чтобы предсказать, какое лечение будет наиболее эффективным именно для него.

По мнению исследователей, это шаг к персонализированной медицине, где болезни будут выявляться и блокироваться ещё до того, как они нанесут непоправимый вред.