Homo chippiens – човешки организъм на чип

За да се защитят ефективно хората от опасни болести, както и за разработка на контрамерки срещу биологично, химическо и радиоактивно оръжие, са необходими клинични изпитания върху хора.

Но в повечето случаи такива изследвания са невъзможни по етични причини.

През 2007 година група изследователи от Техническия университет на Берлин, работещи под ръководството на Уве Маркс, предложили идея за създаване на т.нар. микробиореактори. Това са малки устройства – чипове, в които функционират миниатюрни клетъчни модели на различни органи и тъкани, свързани помежду си от мрежа микроканали, имитиращи кръвоносни съдове.

След немските си колеги тази идея доста успешно започнали да развиват учени от Русия, Япония и някои други страни. Но по-мащабно държавно и частно финансиране получават подобни разработки в САЩ.

Например с подкрепата на Управлението по санитарен контрол върху качеството на хранителни продукти и медикаменти в САЩ (FDA) екип изследователи от института „Вис“ към Харвардския университет работи с модела „костен мозък в чип“ за изучаването на последствията от радиоактивното лъчение, а също с изпитания на експериментални лекарствени препарати.

„Не е етично да подлагаш хората на въздействие на лъчение за имитация на последствията от събитията във „Фокушима“, но ние трябва да бъдем готови“, обосновава актуалността на микробиореакторите ръководителят на проекта Доналд Ингбер.

На последната конференция на Американското микробиологично общество, посветена на биозащитата и новите заболявания, широко били обсъждани постиженията и перспективите на миниатюрните модели на отделни органи и тяхната комбинация на чип.

Специалистите стигнали до общото мнение, че тази технология в бъдеще възможно ще позволи да се имитира физиологията на човека по-добре от традиционните лабораторни изпитания на клетъчни култури или дори на моделни животни. Но засега за пълната замяна на животните с биочипове не става дума. За това са необходими технологии за създаване на много широк спектър клетъчни модели и техните обединения в цял организъм.

Сега учените са съсредоточени към решения с помощта на микробиореактори с конкретни тясноспециализирани задачи, например в областта на изследване на опасни патогени. Съществуват редица вируси, за чиито механизми практически нищо не е известно. Проблемът с тяхното изучаване е свързан с опасността на тези вируси за човека.

В сегашната ситуация е изключително сложно да се разработват нови действени лекарства срещу патогени от такъв род и да се провеждат изпитания с тях. А заразяването на модели органи може да позволи да се наблюдават генната експресия и измененията в метаболизма в реално време.

На изминалата конференция била представена работата на микробиолози от Тихоокеанската северозападна национална лаборатория по изучаване на процесите по заразяване на клетки със сибирска язва. Като модел влезли белодробни клетки на заек, поставени, както и природният им аналог, на границата между въздуха и биологична течност.

От това изследване било заинтересувано Министерството на вътрешната сигурност на САЩ. Пред учените в частност била представена задачата за определяне на минималното количество спори сибирска язва, необходимо за предизвикване на заболяване у човека.

Агенцията по опазване на околната среда на САЩ планира да обяви програма с бюджет $18 млн., чиято цел ще стане обединението в една система на „черен дроб на чип“ с моделите на мембрани, млечни жлези и развиващи се крайници. Основна цел на този проект ще стане изучаването на влиянието на замърсителите на околната среда, като например диоксин и бисфенол А, върху метаболизма на тези органи.

Ако си спомним за оръжието за масово унищожение, то клетъчните модели са се проявили успешно в изследванията на учени от университета Вандербилт (Тенеси). Физиологът Джон Уиксво и колегите му успели по особеностите на метаболизма на клетъчния модел да различат такива отрови като рицин и ботулинов токсин.

През септември 2011 година Барак Обама обяви програма по разработка на нови технологии за тестване на лекарствени средства, които ще са по-бързи и ефективни от съществуващите методи. За решаването на тази задача през декември 2011 година беше създаден нов научноизследователски институт – National Center for Advancing Translational Sciences (NCATS). Сред приоритетите му е разработката на проекта „човек на чип“ и над различните му варианти се трудят 11 екипа учени.

Д-р Уиксво шеговито нарича тази система Homo chippiens. Изразявайки общото мнение, ученият отбелязва, че при целия размах на изследванията в САЩ моделирането на човешкото тяло на чип няма да е лесно.

Сред многото други задачи предстои решаването на проблема с пълноценната имитация на кръв, която трябва да достигне многобройните органи в правилен ред, в нужното количество и да носи необходимите хранителни вещества за всеки от тях.