Исследовательской группе из Центра исследований динамики биосистем RIKEN (BDR) в Японии удалось создать модель гематоэнцефалического барьера, используя модульную ткань, полученную из клеток человека. «Ткань в КУБЕ» представляет собой небольшую кубическую структуру, которая может дать толчок развитию исследований в области лекарств и использоваться в качестве альтернативы моделям на животных в доклинических исследованиях.
Исследование опубликовано в журнале Communications Biology .
Гематоэнцефалический барьер является строгим привратником вокруг мозга, который предотвращает попадание в мозг инородных веществ из крови. Несмотря на свою защитную функцию, барьер создает проблемы, когда лечение должно воздействовать на мозг, чтобы оно работало. Таким образом, при разработке лекарств для лечения заболеваний головного мозга крайне важно не только проверить эффективность препарата внутри мозга, но и подтвердить, что лекарство может пройти через барьер.
Разработка новых лекарств требует много времени и средств. На ранних, доклинических стадиях традиционные методы основаны на тестировании на животных. Однако различия между животными и людьми иногда затрудняют прогнозирование эффективности препарата для человека, а также каких-либо вредных побочных эффектов.
Наряду с увеличением количества правил, регулирующих эксперименты на животных , эти проблемы побудили исследователей разрабатывать методы исследования , не основанные на испытаниях на животных, такие как использование органоидов — структур, имитирующих человеческие органы , а также органов на чипе. , с конечной целью создания искусственных человеческих органов для наружного использования.
Имея это в виду, исследовательская группа под руководством Масая Хагивары из RIKEN BDR разработала новую модель гематоэнцефалического барьера, используя систему типа CUBE, которую они недавно создали для модульного формирования различных тканей человека.
Одновременная реконструкция нескольких тканей и анализ их взаимодействия чрезвычайно сложны, поскольку лекарствам приходится проходить через разные типы тканей, прежде чем достичь целевой области, но это также крайне важно. В случае гематоэнцефалического барьера лекарства должны пройти через эндотелиальные клетки сосудов, астроциты и перициты, прежде чем они смогут попасть в мозг.
Чтобы построить модель гематоэнцефалического барьера, исследователи создали 5-миллиметровые рамки CUBE, заполнили их гидрогелем, в который были встроены астроциты и перициты, полученные из человеческого мозга, и засеяли на них эндотелиальные клетки сосудов , дифференцированные из индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток (iPS). поверхность для формирования клеточных листов. Затем они протестировали устройство. По словам Хагивары,
«Мы были рады обнаружить, что он точно имитирует настоящий гематоэнцефалический барьер с точки зрения структуры и функций: астроциты и перициты простираются в трехмерном направлении под слоем эндотелиальных клеток, и что, как и настоящий барьер, он позволяет лишь ограниченно вещества, через которые проходят».
Одной из важных особенностей рамки CUBE является то, что ею можно легко манипулировать с помощью щипцов, что позволяет удобно обращаться с моделью гематоэнцефалического барьера, при этом культивирование клеток выполняется в обычном планшете для клеточных культур. После созревания ткань интегрировали с другими подготовленными тканями в жидкостном чипе для анализа межтканевых взаимодействий, таким образом вписываясь в ранее созданную модульную платформу «Ткань в КУБЕ».
Группа провела эксперименты по проверке лекарств, чтобы продемонстрировать полезность системы для разработки лекарств. Клетки опухоли головного мозга культивировали в контейнере CUBE для приготовления модуля опухоли головного мозга. Затем модули гематоэнцефалического барьера и опухоли головного мозга были перенесены в жидкостный чип и соединены. Эта установка позволила исследователям проверить, какое количество противоракового препарата может пройти через барьер, достичь опухоли головного мозга и оказать свое действие.
«Этот инновационный подход предлагает многообещающую альтернативу испытаниям на животных при разработке основных лекарств , включая понимание поведения, эффективности и безопасности лекарств», — говорит Хагивара. «Наша модульная платформа может быть адаптирована для различных заболеваний, включая возрастные нейродегенеративные заболевания, такие как болезни Альцгеймера и Паркинсона. В будущем мы планируем модулировать и воспроизводить связи между различными органоидами».
