Çipler üzerine inşa edilen "insan organları", ilaç geliştirme için deneysel bir zemin oluşturuyor.
Birçok kişi SoC'ye (Çip Üzerinde Sistem) aşinadır, ancak çok az kişi OoC hakkında bilgi sahibidir.Aslında, ikisi prensipte benzerliklere sahiptir.
OoC, kelimenin tam anlamıyla "yonga üzerindeki organ" olarak çevrilen, daha çok siber anlam taşıyan ve fütürist anlamıyla dolu bir yonga üzerinde Organ'ın kısaltmasıdır. Ancak "organ çipi" adı verilen bu tür bir teknoloji, aslında uzun süre ilaç geliştirme sürecinde insanları rahatsız eden çok gerçek bir sorunu çözmek içindir.
Örnek olarak bu yeni taç virüsü ele alalım.Yeni taç salgını artık küresel bir yayılma aşamasına girdi.Yeni koronavirüs enfeksiyonu pnömoni salgınına yanıt olarak, küresel bilimsel araştırma kurumları ve ilaç şirketleri antiviral ilaç geliştirme ve testlerini hızlandırıyor. Bununla birlikte, diğer yeni ilaçlar gibi, yeni koronavirüs ilaçlarının geliştirilmesi de in vitro hücre deneylerinden hayvan deneylerinden insan klinik deneylerine kadar uzun bir süreç gerektiriyor.
Virüse karşı bu yarışta, bazı bilimsel araştırma ekipleri yeni koronavirüs ile enfekte olmuş kişilerin akciğerlerinin mekanizma çalışması ve ilgili ilaçların taranması için insan benzeri bir model sağlamak için akciğer organoid çipi oluşturmayı umarak başka bir yol bulmaya çalışıyor. İlaç klinik denemelerinin zamanı.
Kamuya açık raporlara göre, Çin'de Çin Bilimler Akademisi Wenzhou Araştırma Enstitüsü'nden bir ekip bu tür araştırmalar yapıyor. Ekip, böylesine yüksek verimli bir ilaç tarama platformu tasarlamanın ve in vitro alveol konseptini oluşturmanın tüm ilaç geliştirme sürecini hızla kısaltabileceğini ve anti-koronavirüse ulaşması beklenen spesifik ilaç geliştirme sürecinin tümünün gelişimini hızlandırmayı umduğunu söyledi. Viral ilaç geliştirme için anahtar teknoloji sisteminde bir atılım.
Şekil Organ-on-a-chip (Kaynak: Wyss)
Bu teknoloji, laboratuvarda yetiştirilen insan hücrelerini düzenli bir şekilde toplar ve vücut sıvılarının dolaşımını simüle etmek için sıvı akışını kullanır ve dinamik malzeme değişimini tamamlayarak laboratuvarda doku ve organları daha iyi bir şekilde yeniden yapılandırmayı ve ilaçların girişini temelden değiştirmeyi mümkün kılar. Bu nedenle klinik araştırmalar yöntemi, yenilikçi ilaç geliştirme alanında bir sonraki yıkıcı teknoloji olarak kabul edilmektedir.
Mevcut zaman düğümünden bakarsak, organ çipi hangi aşamaya geldi? Gelecek virüs ve hastalıklarla mücadeleyi nasıl etkileyecek?
İnsan organlarını bir çipe "nakledin"
Her şeyden önce, bilgi endüstrisindeki yarı iletken çipten çok farklıdır.Organ çipi, çip üzerine kurulu organ fizyolojik mikro sistemini vurgular.
Bu doku ve organ modeli, yalnızca insan organlarının fizyolojik ve patolojik aktivitelerini in vitro olarak yeniden üretmekle kalmaz, aynı zamanda araştırmacıların vücudun çeşitli biyolojik davranışlarına daha önce görülmemiş bir şekilde tanıklık ve inceleme yapmalarını ve insan vücudu ile ilaçlar veya dış dünya arasındaki farkı tahmin etmelerini sağlayabilir. Uyaran tepkisi, yeni ilaç hedeflerinin biyolojik mekanizmasını anlamak, hastalık araştırmaları için yeni bakış açıları sağlamak, yeni ilaçların etkinliğini ve güvenliğini tahmin etmek, tür farklılıklarını ve beklenmedik klinik belirtileri keşfetmek, hayvan testlerini azaltmak ve kişiselleştirilmiş tıp açısından önemlidir. Uygulama vb. Geniş uygulama değerine sahiptir.
(Kaynak: www.medgadget.com)
Bilim adamları başlangıçta laboratuvarda insanların gelişimini incelemek için organ çipleri yapmaya çalıştılar ve daha sonra bunları doğrulama ilaçları için kullanmak üzere geliştirdiler.
Geleneksel ilaç geliştirme ve değerlendirme sürecinde, en yaygın kullanılan iki deney platformu, in vitro hücre kültürü ve hayvan deneyleridir.
Bununla birlikte, bu iki platformun kendi sınırlamaları vardır: in vitro hücre modelleri, yüksek verim ve düşük maliyet avantajlarına sahiptir, ancak insan ortamını eski haline getirmek ve klinik deney sonuçlarıyla tutarlılıklarını etkilemek zordur.Hayvan deneyleri düşük verim ve yüksek maliyete sahiptir. Fizyolojik veya patolojik bir yanıtta spesifik hücre tiplerinin veya dokuların rolünü ayırt etmek ve belirlemek kolay değildir ve hayvan ve insan türlerindeki farklılıklar da klinik araştırma sonuçlarında tutarsızlıklara neden olabilir.
Örneğin, bu yeni koronavirüs salgınında, bazı yerli uzmanlar, in vitro hücre deneylerinden sonra bazı ilaçların yeni koronavirüse karşı etkili olduğunu iddia etti, ancak ilacın etkinliğini desteklemek için sadece hücre deneylerinin kullanıldığı kamuoyu tarafından eleştirildi. nın-nin.
"Organ çipi olgunlaşırsa, organ çipindeki yeni ilacın etkinliği ve güvenlik taraması ve doğrulaması hücre modelinden daha ikna edici olacak ve kısmen hayvan deneylerinin yerini alabilir ve ilaç preklinik araştırma sürecini kısaltabilir." Tsinghua Üniversitesi'nden Profesör Liang Qionglin, DeepTech ile yaptığı röportajda çiplerin yeni ilaç araştırma ve geliştirmenin tüm değer zincirindeki konumunu açıkladı. Ekibi, doku ve organ çiplerinin, tek hücreli hücre altı analiz çiplerinin ve klinik omik analizi ve biyobelirteç tespiti için mikroakışkan çip sistemlerinin geliştirilmesine kendini adamıştır.Karaciğer, böbrek, kan damarları, bağırsak ve diğer organ çiplerinin sonuçlarını icat etmiş ve raporlamıştır. .
Liang Qionglin, gelecekte ilaç keşfi ve geliştirilmesinde, organ çiplerinin yüksek verimli ilaç etkinliği ve güvenlik değerlendirmesi için in vitro hücre modellerinin yerini almasının beklendiğini söyledi. Bir in vitro model olarak, hayvan deneylerinin yerini tamamen alamaz, ancak organ çipleri Diğer bir avantaj, onu inşa etmek için hücrelerin doğrudan insanlardan elde edilebilmesidir, böylece hayvanlar ve insanlar arasındaki tür farklılıklarından kaçınılabilir.
Şekil Lung-on-a-chip demo görüntüsü (Kaynak: Wyss)
Yeni taç ilaçlarının araştırılması ve geliştirilmesi bundan faydalanabilir mi?
Öyleyse, şimdi en acil soruya geri dönersek, bu teknoloji bu yeni taç ilaç geliştirme dalgasını doğrudan teşvik edebilir mi?
Halihazırda bildiğimiz şey, yeni koronavirüsün burun boşluğu ve ağız boşluğu yoluyla insan boğazına girebileceği ve daha sonra trakea ve bronşlara yayılabileceği ve ardından alveolleri enfekte ederek geniş bir akciğer dokusu enfeksiyonuna neden olabileceğidir. Alveoller, virüs enfeksiyonu konağının "ana savaş alanı" olduğundan, alveolar enfeksiyonun bağışıklık mekanizması üzerine araştırma, antiviral araştırmanın en önemli önceliğidir.
Teorik olarak, alveollerin yapısını in vivo olarak simüle etmek için in vitro bir hava-sıvı arayüz hücre kültürü modeli oluşturarak, mikrolooplar alveollerde yeni koronavirüsün enfeksiyon durumunu inceleyebilir ve sonraki tedavi yöntemlerini hızlı ve etkili bir şekilde keşfedebilir. Dahası, akciğer organı çipi, bu salgına doğrudan bir yardım gibi görünen araştırma açısından nispeten zengin olmuştur.
(Kaynak: Wyss)
Ama öyle değil. Bu aynı zamanda organ çipi teknolojisinin mevcut geliştirme aşaması ve Ar-Ge modeli ile de ilgilidir.
Liang Qionglin'e göre, üniversite araştırma kurumları bu alanda hala lider güçtür ve ticarileştirilmiş, genel amaçlı organ çipi ürünleri eksikliği vardır.
Mevcut organ çipi esas olarak temel araştırma aşamasındadır ve ortak anahtar teknolojilerde önemli ilerlemeler kaydedilmiştir.Ancak bu, gerçek bir in vitro organın her yönde yeniden yapılandırılabileceği anlamına gelmez.Elbette gerekli değil, özel ihtiyaçlara (hedeflere) dayalı bir model. tasarım. Liang Qionglin, anti-koronavirüs ilaç taraması açısından, eğer bir organ çipi modeli geliştirilecekse, öncelikle araştırmacının yeni koronavirüsün insan vücudunu istila etme sürecinden mi, yoksa vücuttaki replikasyon ve bulaşma sürecinden mi endişe duyduğunu netleştirmek gerektiğini analiz etti. İlacın etki şekli virüsü doğrudan öldürmeye mi yoksa insan bağışıklığını artırmaya mı odaklanıyor? İlaç aktivitesi akciğer fonksiyonunu iyileştirmeye mi odaklanıyor yoksa diğer organlar için toksik mi? Odaktaki bu farklılıklar, farklı organ çiplerinin tasarlanmasını gerektirecektir.
Bu aşamada, yeni koronavirüs için hazır bir model bulunmamaktadır ve belirli hastalıklar için ilaç taraması, model tasarımı ve optimizasyonunda sürekli çaba gerektirir.
Harvard Wyss Enstitüsü'nü örnek alarak, Profesör Ingber'in ekibi amfizemin alveolar hücreleri ve vasküler hücreleri arasındaki gaz değişim sürecini simüle etti.Bu, yeni koronavirüs istilası modelinden farklı, bu nedenle doğrudan kullanılamaz. Buna ek olarak, Liang Qionglin, "spesifik olarak, antiviral ilaç araştırması, biyolojik güvenlik hususları nedeniyle, virüs organ çipine yerleştirilecekse, genel laboratuvar bunu yapamaz" dedi.
(Kaynak: Wyss)
Bununla birlikte, Liang Qionglin teoride bu teknolojinin yeni taç ilaçların geliştirilmesinde iyi bir uygulama beklentisine sahip olduğuna inanıyor.
Organoid çip teknolojisinin artık çok hızlı bir şekilde güncellendiğini, en temel yapıdan başlayıp ardından kendine özgü işlevlerini gerçekleştirerek, çeşitli ekiplerin iş birliğine, bu araştırma sonuçlarını birleştirerek son derece entegre bir organ çipi haline geldiğinden bahsetti. Bazı ilerlemeler kaydedildi.
Organ çiplerinin geleceği için büyüleyici hayal gücü, çip üzerinde Organ'dan çip üzerinde İnsan'a bu evrimi içerir.
Gelecek: çip üzerinde insan
Bilim insanları, atan kalpten solunum akciğerlerine, böbreklere ve hatta kadın üreme sistemine kadar birçok organ için çip modelleri yarattı ve onları bir araya getirmek veya daha karmaşık kümeler yapmak için zorlamak doğaldır. İnsan vücudunun parçalarıyla karşılaştırıldığında, bu cihazlar hala bilgisayar bileşenlerine daha yakın görünüyor.
Şekil EVATAR, kadın üreme sisteminin cep boyutunda bir modelidir.Kan örneği sıvısı (mavi), mikro organları içeren deliklerden akacaktır.Hücrelerin içinden akan mavi kan örneği sıvısı 5 tip mini organ içerir: fallop tüpü, uterus, vajina Yumurtalık ve karaciğer (Kaynak: Northwestern Üniversitesi)
Yukarıda görünen Harvard Wyss laboratuvarı bu yönde hareket ediyor.
Bu ekip 2010 yılında dünyanın ilk akciğer çipini üretti ve ilk kez çipteki trakeal epidermal hücrelerin mikro ortamını simüle etti. O zamanki araştırmada, geçirgen bir zarın üst tabakasında akciğer trakeasında bir epidermal hücre tabakası ve alt tabakada bir vasküler epidermal hücre tabakası yetiştirdiler. Geçirgen zarın üst boşluğu, trakeanın lümenini simüle etmek için hava ile havalandırılır; geçirgen zarın alt tabakası, insan kanı ortamını simüle etmek için sıvı ile havalandırılır. Ayrıca bu borunun her iki yanında, solunum döngüsündeki akciğerlerdeki gerginlik ve sıvı basıncındaki değişiklikleri simüle etmek için hava basıncını kullanabilen iki boru vardır. Araştırmacılar, bu akciğer çipini kullanarak trakeada yüzey aktif madde yokluğunda trakeal epidermal hücrelerin etkilerini gösterdiler.
Şekil Sorgulayıcı yapı şeması (Kaynak: Wyss)
Bu yılın Mart ayında, Wyss laboratuvarı, Nature Biomedical Engineering'de araştırma ilaçlarının insan vücudunda çalışma şeklini simüle etmek ve ilaç risklerini test etmek için 10 insan organ çipini otomatikleştirilmiş bir sistem Sorgulayıcıya entegre etmek için bir yöntem sunan iki makale yayınladı. .
Bu çalışma, ekibin 2010 yılında ilk "akciğer çipini" oluşturmasından sonradır ve akciğer, bağırsak, kalp, böbrek, karaciğer vb. Dahil 10 farklı organ çipini Sorgulayıcı sistemine entegre etmek 8 yıldan fazla sürmüştür. Sistem, çip işlevini 3 hafta boyunca koruyabilir. İki ilaç deneyinde, sistemin simülasyon etkisinin daha önce hastalar üzerinde ölçülen duruma çok yakın olması, klinik öncesi testler için kullanılabilecek doğru ve güvenilir bir model olduğunu kanıtlamaktadır.
Bu laboratuvardan sektörde büyük ilgi gören bir girişim şirketi olan Emulate de ortaya çıktı ve aynı zamanda laboratuvardan ticarileştirmeye küresel organoid çipin öncülerinden biri.
(Kaynak: Taklit Et)
2012'de Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH), ABD Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) ve ABD Savunma Bakanlığı İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA), "Çipli Organlar" ın araştırma ve geliştirmesini ortaklaşa başlatmak için 75 milyon ABD doları yatırım yaptı. . Wyss Enstitüsü liderliği ele aldı ve Emulate, organ çipi teknolojisini 8-12 yıl sürecek ve milyarlarca dolara mal olacak yeni ilaç araştırma ve geliştirme sürecini değiştirmek için kullanmayı umarak bundan çıktı.
Kamuya ait haberlere göre, Emulate toplam 200 milyon ABD Doları tutarında üç tur finansman deneyimi yaşadı ve yakında Nasdaq'da listelenecek.
Emulate ekibi şimdi akciğerler, bağırsaklar, karaciğer ve böbrekler ile cilt, gözler ve kan-beyin bariyer sistemleri için çipler piyasaya sürdü. Ancak bu ekibin daha büyük hedefleri var: Organ çiplerini bireyler için özelleştirmek veya bedenlerimizi anlama ve tedavi etme şeklimizi tamamen değiştirmek için cesur bir insan araştırma projesi geliştiriyorlar.
Aynı zamanda ilaç firmaları da pazara girmeye başlamış ve bu alanda bir başka itici güç haline gelmiştir.
İlaç devi Johnson & Johnson, ilaç denemeleri yapmak için Emulate'in insan tromboz simülasyon çip sistemini kullanmayı ve ilaçların karaciğer toksisitesini test etmek için karaciğer çiplerini kullanmayı planlıyor. FDA ayrıca gıda, kozmetik veya besin takviyelerinde potansiyel kimyasal ve biyolojik toksisiteyi incelemek için bu teknolojiyi tanıtmak için Emulate ile işbirliği yapacağını duyurdu.
Tabii ki, en doğrudan tezahür, dünya çapında bu alana giderek daha fazla fonun aktığıdır.
Bir yandan bu alandaki Ar-Ge kurumları büyük Ar-Ge fonları aldı. Örneğin, National Center for the Advancement of Translational Science (NCATS), 11 insan organı çip sisteminin geliştirilmesini finanse etmek için çok para yatırdı.
Öte yandan, 2012 yılından bu yana, ilgili start-up şirketleri de yatırımcılardan 80 milyon ABD dolarından fazla fon topladı ve bu gelişen pazarın canlılığını göstererek müşteri listelerini genişletmeye devam etti.
Hollandalı şirket Mimetas, Avrupa'daki en temsili organ çipi araştırma ve geliştirme üreticisidir Şirket, bir dizi küresel TOP20 ilaç şirketi ile işbirliği yapmıştır ve Çin pazarında ticarileştirmeyi araştırmaktadır. Ayrıca İngiliz CN Bio Innovations şirketi de bu yıl Mart ayında CITIC Securities önderliğindeki 7.98 milyon euroluk son yatırım turunu duyurdu ve Mart 2019'da MIT Organ Chip System için özel teknoloji patent lisansını aldığını duyurdu. , Bu sistem insan dokularını 10 organa kadar bağlamak için kullanılabilir.
Çin'de, ilk organ çipi projesi 2013 yılında "Büyük Yeni İlaç Oluşturma" Ulusal Büyük Bilim ve Teknoloji Projesi tarafından finanse edildi. Bu proje, Çin'deki organ çiplerinin araştırma ve geliştirmesini teşvik etmek için Tsinghua Üniversitesi ve Dalian Kimya Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi ve diğer önemli üniversiteler ve bilimsel araştırma kurumları tarafından üstlenildi. Geliştirme alanında önemli ilerleme kaydedildi. Daxiang Technology adlı bir startup, geçen yıl Kasım ayında WuXi AppTec de dahil olmak üzere on milyon yuan melek tur finansman aldı.
(Kaynak: Wyss)
"Geleceği değiştirebilecek yıkıcı bir teknoloji" olarak, organ çipleri üzerine araştırmalar yükselişte. Ancak genel olarak, organ çipi hala temel araştırma aşamasındadır ve ilaç geliştirmede hala nispeten az uygulama vardır.
Liang Qionglin ayrıca, organ çiplerinin toplu üretiminin ve partiden partiye tutarlılığının (tekrarlanabilirliğin) bu aşamada pazarlamanın önündeki en büyük zorluklar olduğunu söyledi.
Yukarıda bahsedildiği gibi, organ çipi araştırması esas olarak üniversite laboratuvarlarında yoğunlaşmıştır ve laboratuvarların araştırma ürünleri, sistem düzeyinde çok yönlülükten yoksun olan çok özel ve yerel problemleri hedef alır ve ticarileştirme, büyük ölçekli üretim ve Hala kullanım eksikliği var ve bu aşamada, Çin üniversitelerinin araştırma ve geliştirme ile pazar talebi arasında bir kopukluk var.Bu nedenle, bu teknolojinin ticarileştirilmesi, özellikle son yıllarda yurtiçi olmak üzere, onu tanıtmak için daha fazla start-up ve büyük ilaç şirketlerinin katılmasını gerektiriyor. Yenilikçi ilaç araştırma ve geliştirme ekolojisinin gerçekten yaratılacağı umulmaktadır.Uzun vadede, organ çipleri gibi gelişmekte olan en son teknolojiler daha fazla yerleşim almalıdır.
