МедПортал

Популярне

У Німеччині в даний час проходить експеримент з російською участю, за результатами якого стане ясно, чи зможуть лабораторні тварини у випробуваннях нових лікарських засобів бути замінені пристроєм, відтворюючим функції організму людини. Ідея такої заміни носиться в повітрі, а пов'язано це з тим, що існуючі протоколи тестування потенційних ліків на клітинних культурах і тварин мають ряд обмежень, серед них не на останньому місці дорожнеча і невисока предсказательная сила. Зараз у всьому світі, в тому числі і в Росії, розробляється альтернативний підхід - доклінічні випробування в мікробіореакторе. Такий "імітатор" організму під назвою "Гомункулус" (Homunculus, чоловічок-лат.) Створюється в Московському Науково-технічному центрі БіоКлінікум. Про можливості мікробіореактора Медновости розповів генеральний директор БіоКлінікума Дмитро Сахаров.


До недавніх пір існувало два основні підходи до доклінічних випробувань: клітинні технології і випробування на тваринах. В даний час всі лікарські засоби спочатку проходять випробування на клітинних культурах, далі - на тварин, і лише після цього на людину.

У чому недолік клітинних технологій? Все-таки вони дають несистемний відповідь. Тестують тільки один або в кращому випадку два типи клітин одночасно і дивляться, як ці клітини реагують на лікарські речовини - оцінюють токсичність, в деяких випадках - зниження проліферативної активності, вплив на диференціацію, інші фактори.

Другий похід - це випробування на тваринах. Так, у тварин відповідь системний. Якщо ми вводимо якусь речовину, скажімо, перорально, воно потрапляє спочатку в кишечник, всмоктується через стінки кишечника, якось переробляється, потім потрапляє в кровотік, після цього потрапляє в печінку, де піддається дії ферментів печінки. Йде метаболізм, і можуть утворитися токсичні продукти. Але тут проблема в тому, що речовини, які успішно випробовують на тваринах, працюють на людині не завжди. Початково починають з великої кількості речовин, першу стадію проходять 10 відсотків, далі залишається один відсоток, і в кінці кінців з 10 тисяч кандидатних препаратів на ринок виходить одна речовина. В результаті випробування на тварин обходяться дуже дорого. Відомо, що зараз вивести речовину на ринок коштує кілька мільярдів доларів, а від початку випробувань до виходу речовини як лікарського препарату проходить до 15-20 років.

Член-кореспондент РАН, д.б.н. Олександр Тоневіцкій, науковий керівник БіоКлінікума: Цей перехід від тварин до людини - він найважчий, найдорожчий, самий складний, тому що ліки стають все складніше і складніше, це вже не просто хімічно прості молекули, вони все більше і більше специфічні. І вгадати, що точно не буде ускладнень, нелегко. Ми зараз розробляємо різні технології, щоб Мінохоронздоров'я міг рекомендувати мікробіореактор "Гомункулус" (може бути, поки паралельно) для випробувань тих чи інших препаратів, порівнюючи з тваринами.


У чому перевага мікробіореактора? Це платформа, на базі якої можна досліджувати вплив різних речовин на моделі органів людини. Ми можемо одночасно використовувати кілька моделей - шкіри, печінки, нейрональної тканини, кишечника, нирки, моделюючи таким чином систему.
Ми створюємо моделі органів. Перший підхід - з клітинних ліній, які стандартизовані і однакові у всіх лабораторіях світу, другий - з матеріалу біопсії, яку отримують від конкретного пацієнта.

Старший науковий співробітник БіоКлінікума Олександр Русанов: перший напрямок - це токсикологічні дослідження, тобто тестування лікарських, косметичних препаратів. Ми можемо наносити речовину на модель шкіри, дивитися, як воно проникає через шкіру, не виключено, при цьому воно якось зміниться. У шкірі є свої системи ферментів, які можуть метаболізувати ці речовини. Потім речовина потрапляє в кровотік і тільки після цього потрапить в модель печінки. Тобто, ми не просто додаємо цю речовину до моделі печінки, а тільки після того, як воно вже проникло через шкіру. Або не проникло. І тоді незрозуміло, навіщо дивитися його токсичність для печінки, якщо таким шляхом це речовина до неї не добереться. Якщо ж речовина проникає, то потенційно може бути токсично. Мікробіореактор "Гомункулус" дозволяє стежити також за розвитком хронічної токсичності. Для випробування хронічної токсичності є певний термін, заданий європейськими стандартами - 28 днів. І ми прагнемо до того, щоб у нашому мікробіореакторе клітинні моделі культивувалися протягом 28 днів. Все, що для цього потрібно - лише періодично міняти живильне середовище.


Ви аналізуєте рідини на виході з біореактора?

Так, по-перше, це аналіз культурального середовища. Якщо клітини у нас руйнуються, то вивільняються різні внутрішньоклітинні ферменти, може змінитися концентрація метаболітів, наприклад, з'явитися лактат (важливий показник кислотно-основного стану організму - М.А.), може розвинутися гіпоксія, початися зміни в циклі гліколізу, і т.д . Інша справа, що ми можемо витягти клітинні моделі з мікробіореактора і проаналізувати геном, транскриптом або протеом, з'ясувати, як змінилася експресія генів, як змінився зміст якихось ключових білків. Може бути, всі клітини залишилися живі, але вони істотно змінили свої функції. Або, наприклад, клітини печінки трансформувалися, утворилася жирова тканина. Все це можна побачити.
Ми можемо одночасно зробити велике число моделей, і немає ніякої потреби в тварин. Тут у нас 20 чіпів, в яких культивуються клітинні моделі, ми аналізуємо їх через день, через 5 днів, через 28 днів, і вже зараз можна випробовувати різні ліки.

Тобто мова йде не про одному чіпі, а про набір?

До кожного приладу-контрольному блоку можна підключити до чотирьох чіпів. Можна використовувати, наприклад 10 приладів, тобто 40 чіпів, і одночасно дивитися вплив різних препаратів, варіюючи при цьому концентрацію і час експозиції.

Другий напрямок-це використання мікробіореактора для персоналізованої медицини.

Для цього ви аналізуєте в гомункулуса матеріал біопсії?

Так. Ось, наприклад, є п'ять типів раку молочної залози, їх лікують різними ліками. Дізнатися ці типи не завжди представляється можливим, і ліки можуть не подіяти. Навіщо мучити людину, якщо ми можемо взяти п'ять шматочків біопсії і подивитися дію п'яти ліків або більше, оцінити, яке з них лікує, і конкретно цими ліками проводити терапію. Тобто не брати ліки, які, чи то буде працювати, чи то ні.

Олександр Тоневіцкій: в рік у нас 50 тисяч жінок діагностуються з раком молочної залози. Наш досвід спілкування з клініцистами за ці два-три роки показав, що, незважаючи на високу кваліфікацію лікарів, виліковуються далеко не всі. Умовно кажучи, у 15 відсотків - дуже поганий прогноз, у 15 відсотків - хороший, і 70 відсотків - "сіра зона". Є типи пухлин гормон-чутливі та гормон-нечутливі. І ось з'являється новий препарат, зокрема, антитіло герцептин. Росія його закуповує на 800 мільйонів рублів. Приблизно третина хворих отримує те, що треба, але двом третинам хворих він не потрібен, і це, на жаль, викинуті гроші. Але якщо заздалегідь правильно підібрати стратегію, то, головне, можна збільшити число тих людей, хто отримає правильне призначення. Ми навчилися працювати з малою кількістю ракових клітин, зразками, отриманими голчастою біопсією. Культивуючи їх декілька днів в мікробіореакторе і впливаючи на цю культуру ліками, можна отримати інформацію про відгук транскріптома на застосовувану терапію. І це нічого не коштує. У нашому мікробіореакторе одноразовий чіп коштує близько 100 доларів. У порівнянні з тією величезною кількістю грошей, які будуть витрачені потім, це ніщо. Чіп разовий. Потрібен блок управління, але це теж не дуже дорогий вітчизняний прилад. Таким чином шанс, що це все буде доведено до клініки, дуже важливий.


Коли зародилася ідея мікробіореактора?

У 90-ті роки. У середині 2000-х цим почав займатися в Німеччині наш колега і партнер Уве Маркс (Uwe Marx) з Технічного Університету в Берліні, він дипломник наукового керівника БіоКлінікума Олександра Григоровича Тоневіцкого, з яким не переривав дружніх і професійних зв'язків.

Головний інженер БіоКлінікума Євген Трушкін: в Німеччині робили чіпи, але була проблема з електронікою. У нас тут є група інженерів, які збирають блоки управління, які регулюють роботу мікробіореактора, в тому числі швидкість прокачування середовища. Ми увійшли в проект як коллаборатори, але виявилося, що наші прилади краще, ніж ті, що виробляють німці.


Зараз там йде великий експеримент. Вони хочуть провести порівняння мікробіореактора з мишами. Задіяно 40 чипів, 40 моделей і 40 мишей. Завдання експерименту - в умовах культивування в мікробіореакторе досліджувати вплив на клітинні моделі органів якогось речовини, і порівняти результати з експериментом на мишах.

Які препарати будуть задіяні в цьому берлінському експерименті?

Я точно знаю про один, препарат троглітазон, який застосовувався для лікування хворих на діабет людей і був виведений з ринку, тому що він потенційно гепатотоксічен. Його навіть вже випробовували в мікробіореакторе, на моделі шкіри і печінки. На шкіру він не повідомлений впливати, а в печінці, як показали перші триденні спостереження, збільшується число апоптотичних клітин, змінюється експресія різних генів. Начебто, так, на печінку дійсно впливає. Але то були первинні експерименти А зараз вони хочуть запустити тривалий експеримент на місяць.

Чи можна говорити, що якісь ліки-кандидати вийшли на ринок або принаймні наблизилися до клінічних випробувань завдяки цій системі?

Поки немає. Але зазначу, що два роки тому в Європі заборонили деякі види випробувань на тваринах. У такому випадку, в розпорядженні випробувачів нових речовин залишається тільки клітинна модель. Як я говорив, клітини дають несистемний відповідь. Я і багато інших впевнені в тому, що мікробіореактори будуть заміною мишам, тому що це і клітини людини, не мишачі, і системну відповідь, і можна дивитися відразу на декількох моделях.
В Європі вже заборонили деякі види тестування на тваринах. У Росії, напевно, заборонять, але пізніше. Ми все одно дивимося на Європу, і екологи, і "зелені" - всі тут присутні.

В Америці взагалі є спеціальний штат людей у ​​біомедичних інститутах, які контролюють хід випробувань, щоб тварини не страждали надмірно.

В Америці, до речі, було відставання в цій галузі, по мікробіореакторам. Але в середині 2012 року на це було виділено дуже великі гроші і DARPA, і NIH, і вони терміново намагаються наздогнати нас. Поки на півкроку позаду, але, мабуть, наздоженуть. Ми розробляємо свої системи, вони - свої.

Євген Трушкін: мікробіореактор складається з двох модулів. Перший - одноразовий клітинний блок, в якому відбувається культивування клітин і розташовані ключові датчики для визначення їх фізіологічного і функціонального стану. Другий - блок управління, що здійснює підтримку і регуляцію параметрів клітинного блоку (температури, швидкості і шляхи циркуляції живильного середовища), а також первинну обробку сигналів від сенсорів, розташованих у змінному клітинному блоці (визначення концентрації ключових клітинних метаболітів). Блок управління буде мати можливість підключення до персонального комп'ютера, на якому за допомогою спеціально розробленого програмного забезпечення буде здійснюватися управління мікробіореактором, а також аналіз та інтерпретація даних, отриманих в процесі культивування клітин і визначення їх основних параметрів.