Щільний бар'єр з епітеліальних кишкових клітин на чіпі дає течу, коли на нього діють аспірином.
Коли ми створюємо якісь ліки, то рано чи пізно доводиться перевіряти його на живому об'єкті, і насамперед це клітинні культури. Але клітини, нехай і в «колективі», все ж сильно відрізняються від повноцінного організму, або органу, або навіть тканини. Для більш коректних результатів потрібні випробування на тваринах і на людях. Але з тваринами і людьми неможливо в деталях простежити всі процеси, які відбуваються у них всередині, і про якісь реакції доводиться здогадуватися за дуже непрямими ознаками.
Крім того, організм - система дуже складна і взаємопов'язана, і з ним дуже важко буває зрозуміти, через що сталися зміни - через безпосередній вплив нашої речовини на досліджуваний орган, або ж від непрямого впливу якихось інших факторів.
В ідеалі, звичайно, потрібен метод, який дозволяв би поводитися з окремими органами так, як з лабораторними тваринами. Саме таких методів поки що немає, але зате є дещо інше. Останнім часом дослідники все частіше використовують або органоїди - дуже маленькі подоби тих чи інших органів, вирощені зі стовбурових клітин, або так звані органи на чіпах.
Органоїди відтворюють не весь орган цілком, але якийсь елемент його структури - для прикладу можна згадати мікрожелудок, створений в прямому сенсі слова в пробірці. Такі мікрооргани досить сильно схожі на справжні, зрозуміло, з поправкою на розміри і обмежену функціональність.
Органи на чіпі роблять інакше: клітини висаджують на якийсь складноустроений чіп, який зроблений так, щоб разом з клітинами імітувати якийсь біологічний процес. Наприклад, є так звані «легені на чіпі»: кілька шарів клітин контактують, з одного боку, з кров'ю, з іншого - з повітрям, при цьому клітинні шари то розтягують, то стискають, як у справжніх дихаючих легенів. А не так давно ми розповідали про те, як дослідники з Північно-Західного університету зуміли посадити на чіп жіночу статеву систему, і спостерігали на такому чіпі всі стадії менструального циклу.
Співробітники Лейденського університету разом з колегами з біотехнологічної компанії Mimetas і фармацевтичної компанії Roche описують у своїй статті в Nature Communications ще один приклад органу на чіпі - цього разу це кишечник. Не можна сказати, що раніше таких кишкових чіпів не з'являлося, проте, за словами авторів роботи, інші чіпи не враховують кілька важливих особливостей кишкового епітелію.
Кишечник, по суті, трубка зі всмоктуючими стінками, і кишковий чіп - це дуже багато мікротрубочок-мікроканальців, вистелених епітеліальними клітинами кишки. По трубках йдуть різні розчини з різними речовинами, і ми спостерігаємо, як клітини на них реагують. Вони, як відомо, повинні не тільки переправляти потрібні речовини в кров і лімфу, але ще й служити бар'єром проти непотрібних речовин. Якщо епітеліальний бар'єр дає течу, то можна очікувати проблем зі здоров'ям, і якраз такі мікропробої на клітинному рівні було б дуже зручно спостерігати на чіпах.
У справжньому кишечнику клітини контактують не тільки один з одним - позаду них знаходиться ще позаклітинний матрикс - особлива субстанція, що складається з білків, глікопротеїнів, протеогликанів та інших біомолекул. Матрікс служить клітинам для опори, через нього вони обмінюються різними хімічними сигналами. У кишечнику позаклітинний матрикс допомагає епітеліальним клітинам «тримати стрій», від нього ж багато в чому залежить їх здатність правильно реагувати на хімічні сигнальні молекули.
Нова модель кишкового чіпа відрізняється від колишніх якраз тим, що в ній клітини в каналах чіпа сидять на особливій гелрідній масі, що імітує позаклітинний матрикс. Крім того, шар клітин формується в потоці живильного середовища, під дією гідродинамічних сил, подібно до того, як це відбувається в самому кишечнику.
На одному такому чіпі розташовані цілих 357 кишкових мікротрубок, так що тут можна перевірити на сумісність з кишечником досить багато різних сполук одночасно. Але коли ми відчуваємо якісь потенційні ліки, нам важливо знати не тільки те, чи надають вони позитивний ефект, але і можливі негативні побічні наслідки. Чи можна такі побічні наслідки побачити на чіпі?
Щоб дізнатися це, дослідники додали в кишкові мікротрубки звичайний аспірин, який, як відомо, пошкоджує епітелій - через аспірин в ньому з'являються ті самі мікропробої, перфорації в клітинному шарі. Виявилося, що аспірин шкодить і кишечнику на чіпі теж, і що з таким пристроєм можна точно розрахувати діапазон концентрацій і час, за який в епітелії з'являться дірки.
Автори роботи стверджують, що епітеліальні клітини в чіпі були схожі за молекулярними характеристиками на ті клітини, що вистилають справжній кишечник - загалом новий чіп досить сильно схожий на справжній орган (що підтверджується і його реакцією на аспірин). Те, що на ньому можна виконувати велику кількість вимірювань, робить його зручним для різноманітних біомедичних тестів. Так що в майбутньому, можливо, подібні пристрої зможуть замінити піддослідних тварин в лабораторіях - тим більше, що на такий чіп можна посадити й інші типи клітин.