Antynarkotykowy slogan "to twój mózg na narkotykach" zdobył swego czasu popularność dzięki wykorzystującej jajko metaforze neurologicznych skutków nadużywania substancji psychoaktywnych. Wiecie, co bije taki model na głowę? Szprycowanie metamfetaminą wyrafinowanego sztucznego mózgu opartego chipie polimerowym, czyli dokładnie to, co opisano w zdumiewającym badaniu, opublikowanym w [zeszły] poniedziałek na łamach Nature Biotechnology.
Badania przeprowadzone przez Bena Maoza, Annę Herland i Edwarda Fitzgeralda z Harvard’s Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering są najnowszym osiągnięciem technologii organów chipowych [Organ Chip]. Ta metoda symulacji funkcji narządów polegan na włączaniu kultur ludzkich komórek w mikroprzepływowe platformy chipowe i obserwowaniu ich reakcji na nowe cząsteczki i bodźce.
W tym konkretnym przypadku bodźcem było wprowadzenie do układu metamfetaminy.
Głównym powodem wyboru tej substancji było to, że jest to jeden z najbardziej uzależniających narkotyków, odpowiedzialny za tysiące zgonów. Biorąc pod uwagę te tragiczne statystyki, zaskakujące jest, jak mało dotąd wiemy. Dlatego właśnie staraliśmy się wykorzystać ten nowatorski system do określenia metabolicznego wpływu metamfetaminy na różne części [układu naczyniowego].
– wyjaśnia w e-mailu Maoz
Innymi słowy, chipowe modele organów pozwalają naukowcom obserwować "twój mózg na narkotykach" lub przynajmniej jego działającą replikę. Jest to obiecujące nie tylko dla określania efektów działania często nadużywanych substancji, co mogłyby dopomóc w opracowywaniu lepszych terapii, ale także dla pionierskich badań nad nowych sposobami dostarczania potrzebnych leków do odpowiednich obszarów w mózgu.
Zespół z Wyss próbował odtworzyć procesy zachodzące w okolicach barierze krew-mózg (blood-brain barrier, BBB). Ten półprzepuszczalny filtr działa jak osiłek stojący na bramce klubu, którym jest twój mózg, umożliwiając przepływ potrzebnych substancji, takich jak woda i glukoza, z krwiobiegu do neuronów, a odmawiając wstępu potencjalnie szkodliwym cząsteczkom.
Aby sztucznie symulować tę sytuację, naukowcy połączyli chip mózgowy wypełniony komórkami nerwowymi z dwoma chipami BBB, które zawierały komórki śródbłonka, astrocyty i pericytuy ( typy komórek, które rządzą BBB). Sztuczna krew i płyn mózgowo-rdzeniowy przepływały przez system, umożliwiając wprowadzenie cząsteczek do chipa BBB napływu [influx], który przesączał się do chipa mózgowego, który z kolei zasilał chip BBB wypływu [efflux].
To właśnie pojawia się metamfetamina. Jednym z istotnych efektów metamfetaminy jest zwiększenie przepuszczalności BBB - czyli sprawianie, że bramkarz staje się bardziej tolerancyjny w kwestii tego, kto będzie mógł wejść do klubu. Kiedy do chipa BBB napływu wprowadzono,5 milimola metamfetaminy, około 10% dawki przekroczyło barierę, trafiło do chipa mózgowego i związało się z neuronami, naśladując rzeczywiste skutki neurologiczne narkotyku.
Oprócz eksperymentów z narkotykami, platformy chipowe znajdują zastosowanie w badaniach neuropatologicznych. Komórki pacjentów z udarem, chorobą Alzheimera, urazowym uszkodzeniem mózgu lub innymi schorzeniami również można włączać do chipów. ewentualnie stan chorobowy można sztucznie wywołać w nich metodą edycji genów.
W tym momencie Maoz, Herland i Fitzgerald opracowują nowe platformy układów chipowych we własnych laboratoriach na Uniwersytecie w Tel Awiwie, KTH Royal Institute of Technology i Uniwersytecie w Uppsali.
Obecnie prowadzimy, zarówno w Instytucie Wyss, jak i w naszych niezależnych laboratoriach, wiele badań dotyczących naszego systemu i koncepcji. Jednym z nich jest zbudowanie na platformie czipowej mikro-człowieka, który będzie zawierał więcej narządów, [...] zamierzamy stworzyć w układzie scalonym poszczególne narządy, które wszystkie będą pochodzić od jednej osoby.
- powiedział Maoz.
Innymi słowy, mówimy o personalizacji medycyny przez stworzenie "chipowego-mini-mnie".
