Bioprinting: ученые создали «печень-на-чипе» для оценки эффективности лекарств

Учёные разработали инновационную биоинженерную модель печени, применив передовую технологию 3D-биопечати. Результаты данного исследования были опубликованы в авторитетном научном журнале Bioprinting, что свидетельствует о высоком уровне экспертизы и значимости полученных данных. Модель представляет собой сложную структуру, состоящую из сфероидов, включающих три типа клеток: гепатоцитоподобные клетки линии HepG2, эндотелиальные клетки и мезенхимальные стромальные клетки, что позволяет имитировать клеточную архитектуру и функциональные особенности нативной ткани печени.

Сфероиды были помещены в гидрогелевую матрицу, содержащую компоненты децеллюляризированного экстрацеллюлярного матрикса печени овцы. Этот подход позволил создать микроокружение, максимально приближённое к естественным условиям функционирования органа, что является ключевым фактором для успешной имитации биохимических и физиологических процессов. Технология 3D-биопечати обеспечила формирование трёхмерной микрофлюидной структуры, способной воспроизводить основные гемодинамические и метаболические функции печени.

В процессе трёхнедельного культивирования модель продемонстрировала активный клеточный рост, высокую жизнеспособность клеток, а также формирование функциональной сосудистой сети. Кроме того, модель успешно выполняла ключевые метаболические функции печени, такие как синтез альбумина и альфа-1-антитрипсина, что подтверждает её биологическую активность и способность к выполнению специфических задач, присущих данному органу.

Анастасия Шпичка, заведующая лабораторией прикладной микрофлюидики в Институте регенеративной медицины, отметила, что использование децеллюляризированного матрикса в сочетании с различными типами клеток значительно улучшает архитектуру и функциональность модели, приближая её к нативной ткани печени. Это открывает перспективы для масштабирования и стандартизации процесса производства подобных моделей, что является важным аспектом для их широкого применения в научных исследованиях и медицинской практике.

Сравнительный анализ с традиционными моделями клеточных сфероидов без матрикса показал, что стандартные подходы со временем приводят к развитию некротического ядра и дефициту кислорода, что ограничивает их функциональную способность. В отличие от этого, разработанная модель печени-на-чипе демонстрирует высокую метаболическую активность и более достоверно реагирует на лекарственные препараты. Экспериментальные данные показали адекватную реакцию модели на гепатотоксичные и противоопухолевые средства, включая парацетамол, диклофенак, доксорубицин и цисплатин, что подтверждает её потенциал для использования в фармакологических исследованиях.

Новая биоинженерная платформа обладает значительным потенциалом для применения в доклиническом тестировании лекарственных препаратов, изучения механизмов повреждения печени и создания персонализированных моделей на основе клеток пациентов. Эти достижения открывают новые горизонты в области регенеративной медицины и биотехнологий, способствуя более глубокому пониманию патофизиологических процессов и разработке инновационных терапевтических стратегий.