Каскады органов на чипе предсказывают фармакокинетику лекарств

Высокий процент неудач клинических испытаний лекарств частично связан с сильными различиями между людьми и модельными животными, которые используются в доклинических испытаниях; эти различия часто приводят к неправильным прогнозам критических параметров фармакокинетики (ФК) и фармакодинамики (ФД) человека. Моделирование in vitro также не дает количественных параметров ФК. В статье, опубликованной в Nature Biomedical Engineering, ученые показали, что в некоторых случаях оптимальным способом предсказать характеристики лекарства является использование «органов на чипе».

«Орган на чипе» — это миниатюрная 3D-копия настоящего органа, созданная человеком. Многоканальный чип заселяют клетками, свойственными конкретному органу, обеспечивают циркуляцию жидкости и прочие необходимые условия для того, чтобы максимально приблизить ситуацию к тому, что происходит в организме. Далее на таком миниоргане удобно измерять концентрацию вводимого лекарства, биомаркеров клеток и в целом уровень метаболизма.

Авторы статьи соединили чипы, моделирующие работу кишечника, печени и почек, заселенные соответствующими клетками и содержащие эндотелиальный барьер между жидкостью и органом. Таким образом, они могли наблюдать за интенсивностью абсорбции и выведения лекарств. Кроме того, система была достаточно сильно изменена для того, чтобы наилучшим образом соответствовать физиологическим условиям. В частности, для того, чтобы вещество успело достаточно раствориться и среда — перемешаться, как это происходит в организме, они также добавили резервуар для смешивания артериовенозной жидкости, стоящий между чипами печени и почек. Именно в этом резервуаре измеряли концентрацию веществ и оценивали фармакокинетику лекарства.

С помощью такой системы авторы исследовали фармакокинетику никотина, принимаемого перорально. Полученные результаты хорошо согласовывались с данными, полученными in vivo. Кроме того, разработанная с помощью данных системы компьютерная модель достаточно точно предсказывала концентрацию лекарства в артериовенозном резервуаре по данным, которые до этого были получены от пациентов.

Аналогичным образом была собрана система, состоящая из костного мозга, печени и почек, на которой были оценены ФК и ФД цисплатина. Полученные данные совпадали с полученными при анализе пациентов, в том числе была зарегистрирована и токсичность лекарства в органах, которая проявлялась у людей в клинических исследованиях, и отсутствие гепатотоксичности.

Авторы отмечают, что, возможно, для оценки параметров других лекарств в систему необходимо внести некоторые изменения или добавить чипы других органов. Однако эта система — одна из первых, собранных из нескольких чипов, и метод компьютерной обработки, предоставленный авторами, позволяет компенсировать ее недостатки.

«Таким образом, система моделирования ФК/ФД, состоящая из нескольких органов, может обеспечить экспериментально управляемую человеческую систему для обнаружения лекарств, нормативной оценки, токсикологической оценки и разработки персонализированной медицины (использование специфических для пациента клеток). Это в дополнение к тому, что ускорится разработка терапии болезней за счет обеспечения более эффективного проектирования схем приема лекарств для будущих клинических испытаний I фазы», — заключают авторы в своей статье.