Jak zastąpić zwierzęta laboratoryjne mini-organami?

Badania nad lekami. Zdjęcie: tagesschau.de 

24 kwietnia 1979 roku po raz pierwszy ogłoszono Światowy Dzień Zwierząt Laboratoryjnych. Od tego czasu dzień ten jest naznaczony demonstracjami przeciwko testom na zwierzętach, które są przeprowadzane wiele milionów razy w Niemczech, szczególnie przy opracowywaniu farmaceutyków i kosmetyków. Obrońcy praw zwierząt zwracają uwagę na kwestie etyczne i często nieodpowiednie przenoszenie danych z eksperymentów na zwierzętach na ludzi. Twierdzą również, że od dawna istnieją alternatywne metody testowania - zwłaszcza systemy organ-on-a-chip - które mogą zastąpić testy na zwierzętach. Czy technologia jest już naprawdę tak zaawansowana?

Organ-on-a-Chip

Technika organ-on-a-chip (OoC) jest rodzajem wysoce rozwiniętego potomka hodowli komórkowej, która jest wykorzystywana w badaniach nad lekami od dziesięcioleci. Hodowle komórkowe początkowo składały się tylko z jednego typu komórek hodowanych w pożywce. Przykładowo hodowla komórek nerwowych mogła zostać wykorzystana do zbadania, czy lek jest szkodliwy dla nerwów. Znaczenie takich testów jest jednak bardzo ograniczone. Technologia organ-on-a-chip umożliwia lepsze mapowanie procesów biologicznych zachodzących w ludzkim ciele.

Mini-organy z komórek macierzystych

Z reguły komórki macierzyste niektórych typów tkanek np. wątroby - są hodowane w mikroprzepływowym systemie hodowli komórkowej. Mikroprzepływowość oznacza, że najdrobniejsze kanały zapewniają, że tkanka jest zaopatrywana w płyny i składniki odżywcze, a sygnały biochemiczne mogą być przekazywane wewnątrz struktury komórkowej. Z komórek macierzystych rozwijają się różne linie komórkowe. Tworzona jest zróżnicowana tkanka, która jest fizjologicznie znacznie bliższa organowi niż pojedyncza linia komórkowa. Mikrochip, na którym zbudowane są mini-organy, umożliwia odczytywanie procesów biochemicznych i bioelektrycznych w mini-organach, a tym samym dostarcza informacji o działaniu i tolerancji testowanych leków.

System wielonarządowy na czipie

W oparciu o tę technologię do tej pory wyhodowano między innymi tkanki mózgu, jelit, płuc, serca, nerek i prostaty. Mogą być również łączone ze sobą. Naukowcy określają to jako system wielonarządowy na chipie (MOoC). Szczególnie obiecujące jest połączenie OoC tkanki docelowej leku z OoC wątroby. Umożliwia to badanie skuteczności w tkance docelowej, a jednocześnie testowanie, w jaki sposób organ detoksykacyjny wątroby radzi sobie z lekiem. Pomimo całej euforii, która jest rozpowszechniana na temat wydajności tego OoC, należy o tym pamiętać- technologia ta jest bardzo młoda i w zasadzie wciąż znajduje się w powijakach. Najbliższe lata będą musiały pokazać, jak niezawodna jest ta strategia i jak duży potencjał rozwojowy w sobie kryje.

Wiele eksperymentów na zwierzętach można zastąpić w perspektywie średniookresowej

Aby zbadać wszystkie interakcje leków w organizmie, teoretycznie wszystkie 21 narządów musiałoby zostać zobrazowanych na chipach i połączonych ze sobą. Największa liczba osiągnięta do tej pory (2024 r.) to dziesięć OoC. Te MOoC są oszczędnym i opłacalnym narzędziem do badań medycznych i opracowywania leków. Jednak nawet w tym przypadku nie można modelować złożoności kompletnego żywego organizmu. Pomimo wszystkich słabości modeli zwierzęcych w dającej się przewidzieć przyszłości nie będzie można wyobrazić sobie bez nich badań nad lekami. Optymistyczne szacunki zakładają jednak, że w perspektywie średnioterminowej nawet 80 procent eksperymentów na zwierzętach w tej dziedzinie można zastąpić systemami organ-on-a-chip.