Проверка лекарств без риска: в России собрали работающую «печень-на-чипе»

В Сеченовском Университете сделали лабораторную модель печени — так называемую «печень-на-чипе», которая помогает проверять, как человеческая печёночная ткань может реагировать на лекарства ещё до клинических испытаний. Если объяснять простыми словами, это не настоящий орган, а маленькая трёхмерная конструкция из живых клеток, собранная так, чтобы она вела себя максимально похоже на печень: работала, «переваривала» вещества и показывала признаки повреждения, если препарат токсичен.

Основа модели — сфероиды, то есть плотные «шарики» из клеток (3D-культура, которая ближе к ткани, чем обычный клеточный слой на пластике). Эти сфероиды собрали сразу из трёх типов клеток: гепатоцитоподобной линии HepG2 (это клеточная линия, которую часто используют как «печёночный» стандарт в лабораториях), эндотелиальных клеток (они выстилают сосуды и помогают им формироваться) и мезенхимальных стромальных клеток (их можно представить как «поддерживающие» клетки, которые влияют на среду вокруг и помогают ткани созревать). Затем сфероиды поместили в гидрогель — мягкую желеобразную среду, которая удерживает клетки и создаёт им объём, — причём гидрогель усилили компонентами матрикса печени овцы. Матрикс — это «каркас» ткани, смесь белков и структурных молекул, на которых в организме держатся клетки. В данном случае он децеллюляризован, то есть из ткани удалили клетки и оставили только природную основу: она служит подсказкой для новых клеток, как «правильно» организоваться и какие сигналы получать. После этого с помощью 3D-биопечати (по сути, очень точного послойного формирования структуры) исследователи собрали трёхмерную модель, где клетки распределены более упорядоченно и ближе к тому, как это выглядит в реальной печени.

Систему выращивали около трёх недель и увидели, что она не просто выживает, а активно развивается: сохраняет высокую жизнеспособность, формирует элементы, похожие на зачатки сосудистой сети, и стабильно выполняет важные «печёночные» функции. Оценивали это, в том числе, по выработке альбумина и альфа-1-антитрипсина — это белки, которые печень в норме синтезирует в больших количествах, поэтому они служат понятными маркерами того, что клетки действительно работают как печёночные.

Отдельно учёные сравнили новую конструкцию с обычными сфероидами, выращенными без матрикса. У стандартных 3D-шариков со временем часто появляется проблема: внутри образуется некротическое ядро — участок, где клетки гибнут, потому что кислород и питательные вещества хуже доходят в центр. В «печени-на-чипе» такой эффект выражен меньше, поэтому модель дольше остаётся активной и лучше подходит для тестов, где важно наблюдать ткань не пару дней, а неделями.

Главное, ради чего всё делается, — реакция на лекарства. По описанию разработчиков, их система показала более высокую метаболическую активность и более «похожий на реальность» ответ на препараты, которые известны воздействием на печень и которые часто используют как тестовые примеры: парацетамол (ацетаминофен), диклофенак, а также противоопухолевые препараты доксорубицин и цисплатин. Идея здесь такая: если модель чувствительнее и реагирует ближе к тому, как реагирует настоящая человеческая печень, то на доклиническом этапе можно точнее понять риски, дозировки и потенциальную токсичность соединения.

Разработчики считают, что платформа пригодится для доклинических испытаний лекарств, для изучения механизмов лекарственного поражения печени и как следующий шаг — для персонализированных моделей, когда систему собирают из клеток конкретного пациента (тогда можно проверять индивидуальную чувствительность к терапии). Проект поддержан Министерством науки и высшего образования РФ, а результаты опубликованы в журнале Bioprinting.