«Лимфоузел-на-чипе» помог смоделировать проникновение в опухоль лекарств
Прежде чем перейти к исследованиям на животных, ученые используют клеточные модели — как правило это монослои клеток необходимого типа. Однако такие двумерные системы не могут обеспечить условия, максимально сходные с организмом: специфическое трехмерное окружение (в частности внеклеточный матрикс), взаимодействие с соседями во всех направлениях, движение жидкостей и прочее. Особенно критическими эти отличия могут оказаться в исследованиях опухолей — показавшее себя на обычной культуре лекарство может просто не сработать на последующих этапах. В итоге время, деньги и животные окажутся потрачены впустую.
Преодолеть описанные ограничения помогут специальные конструкции — биоискусственные заменители органов и тканей, которые, в свою очередь, могут использоваться в регенеративной медицине, фармацевтике, диагностике и фундаментальных исследованиях. Обеспечить их максимальное подобие природным системам позволяют разнообразные биоматериалы (например, коллаген, входящий в состав внеклеточного матрикса тканей), биоактивные молекулы, внешние воздействия (течения, магнитные поля и прочее). Таким образом удается создать целые «органы-на-чипе», например сердце, легкие, печень.
В своей новой работе исследователи из Сколковского института науки и технологий, Института спектроскопии РАН и Саратовского государственного университета предложили «лимфоузел-на-чипе». Во многих случаях метастазирование рака происходит именно по лимфатической системе. Количество узлов, в первую очередь сторожевых (тех, что расположены ближе всего к первичной опухоли), вовлеченных во вторичный опухолевый процесс, является основным прогностическим фактором пятилетней выживаемости онкопациентов.
Разработанная система представляет собой проточную камеру, в центре которой располагается коллагеновая губка с трехмерным сфероидом (многоклеточным агрегатом) клеток рака молочной железы — «метастазом». Через камеру циркулирует питательная среда с иммунными клетками лимфоцитами — «лимфа». Губку со сфероидом легко сменить, что очень удобно для проведения экспериментов. Во-первых, опухолевую культуру не нужно выращивать непосредственно в крошечной камере, во-вторых, можно использовать губки с разным размером пор, который в организме может варьировать в зависимости от местоположения лимфоузла.
Свой «орган-на-чипе» авторы проверили в эксперименте по доставке к раковым клеткам лекарств и/или контрастных веществ для диагностики. Для этого они добавили в «лимфу» полимерные наночастицы разного размера и оценили, насколько хорошо те проникают в сердцевину губки. Так ученые показали, что чем меньше размер, тем эффективнее капсулы проходят к опухоли, однако ключевой результат состоит в демонстрации самой идеи использования разработки в подобных работах.
Исследователи надеются, что их устройство станет альтернативой моделям ранних вторичных опухолей in vivo, что уменьшит количество экспериментов на животных в рамках доклинических исследований.
