ATHENA, команда проекта Advanced Tissue-Engineered Human Ectypal Network Analyzer, разрабатывает четыре конструкции человеческих органов — печень, сердце, легкие и почки — которые основаны на значительно уменьшенной платформе. Каждый компонент органа будет размером с экран смартфона, а все «тело» ATHENA, состоящее из взаимосвязанных органов, аккуратно поместится на столе.
«Разрабатывая этого« homo minutus », мы выходим за рамки необходимости тестирования на животных или в чашках Петри: есть огромные преимущества в разработке систем анализа лекарств и токсичности, которые могут имитировать реакцию реальных человеческих органов», — сказал Раши Айер, старший ученый из Лос-Аламосской национальной лаборатории, ведущей лаборатории в рамках пятилетней межведомственной программы стоимостью 19 миллионов долларов. Проект поддерживается Агентством по снижению оборонной угрозы (DTRA).«Создавая целостную динамическую систему, которая более реалистично имитирует физиологическую среду человека, чем статические человеческие клетки в посуде, мы можем понять химическое воздействие на человеческие органы как никогда раньше», — сказала она. «Конечная цель — создать легкое, которое дышит, сердце, которое перекачивает кровь, печень, которая метаболизирует, и почку, которая выделяет — все это связано трубочной инфраструктурой, очень похожей на то, как кровеносные сосуды соединяют наши органы.
Хотя некоторые скептики могут поверить что это утопическая мечта, — сказала она, — команда уверена, что это действительно осуществимо ».Около 40 процентов фармацевтических препаратов не проходят клинические испытания, отметил Айер, и существуют тысячи химических веществ, действие которых на человека просто неизвестно. Обеспечение реалистичной, рентабельной и быстрой системы скрининга, такой как ATHENA, с высокой пропускной способностью, может обеспечить значительные преимущества в области медицины, более точный скрининг и повышение шансов на успех клинических испытаний.Результаты проекта Университета Вандербильта по перфузионной системе ATHENA будут представлены на заседании Общества токсикологии на этой неделе в Фениксе одним из главных исследователей Джоном Виксво.
Успешная разработка и анализ конструкции органа печени человека, который реагирует на воздействие токсичных химических веществ во многом как настоящая печень, описан в презентации, представленной профессором Университета Гордона А. Кейна и директором Института интегративных биосистем Вандербильта. Исследования и образование (VIIBRE) в Университете Вандербильта.«Мы потратили немного времени на анализ проблем, связанных с созданием миниатюрных конструкций человеческих органов, и полагаем, что выяснили, как уловить ключевые особенности, которые нам нужны», — сказал Виксво. «Есть много компромиссов, и мы не пытаемся построить точную копию человеческой печени, а пытаемся создать модель in vitro, которая позволяет нам измерять реакцию печени человека на лекарства и токсины, которые не могут быть воспроизведены слоями. клеток, растущих на пластике ".Проект ATHENA объединяет лучших специалистов и исследователей в этой новаторской области исследований.
Компоненты проекта делятся следующим образом:Помимо руководства и координации проекта, Айер руководит работой над легкими и почками, а также поэтапной интеграцией и проверкой всех органов в перфузионной платформе ATHENA — все это будет выполняться в LANL.
Виксво и его группа VIIBRE создают аппаратную платформу, которая «работает» и контролирует состояние всей системы, в то время как первый орган, конструкция печени, которая недавно была протестирована на платформе ATHENA в VIIBRE, разрабатывается Катрин Цайлингер, руководитель группы биореакторов экспериментальной хирургии и коллеги в Charite Universitatsmedizin, Берлин, Германия.Кевин Кит Паркер, семейный профессор биоинженерии и прикладной физики Гарвардского университета Тарр, руководит всем этим.Шуво Рой, директор лаборатории биомедицинских микроприборов Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF), и доцент медицины Уильям Фиссел из Вандербильта разрабатывают конструкции почек.Анджей Прзеквас, технический директор и старший вице-президент по исследованиям CFD Research Corporation (CFDRC), технологической компании в Хантсвилле, штат Алабама, создает математическую модель ATHENA для облегчения проектирования системы и физиологически обоснованных фармакокинетических / фармакодинамических характеристик (PB-PK / PD). ) модели для руководства исследованиями воздействия наркотиков и экстраполяции данных. «Этот компонент является уникальным и имеет решающее значение при создании интегрированной системы ex vivo, имитирующей человеческое тело», — сказал менеджер программы DTRA.
LANL и Vanderbilt в сотрудничестве с CFDRC разработают имитатор крови для поддержки четырех устройств.И, как выражается Айер, «система настолько хороша, насколько хороша ее аналитическая сила … возможность масс-спектрометрии ионной подвижности, разработанная Джоном Маклином из VU с параллельными возможностями в Лос-Аламосе под руководством Шриниваса Айера, обеспечивает беспрецедентную способность проводить допросы. систему и получить ценные данные ».
Успешная интеграция разработанной Charite конструкции органа печени в перфузионную систему ATHENA, созданную VIIBRE, недавно была продемонстрирована DTRA. Ученые ожидают, что этой зимой соединят печень и сердечную конструкцию, затем легкое и, наконец, почку.
Исследование финансируется в соответствии с соглашением № CBMXCEL-XL1-2-0001 Агентства по уменьшению угрозы.