Data :

Miniaturowe systemy laboratoriów chipowych eliminują wiele problemów etycznych związanych z badaniami na zwierzętach. Europejscy naukowcy wykorzystali analizę metodą rezonansu magnetycznego, aby umożliwić charakterystykę metabolizmu tkanek do celów testowania leków.

Tkanki składają się z wielu różnych typów komórek o wysoce uporządkowanej strukturze, dzięki której mogą spełniać swoje funkcje. Zrozumienie procesów rządzących interakcją komórek na poziomie tkanek nie jest jednak możliwe poprzez badanie pojedynczych komórek in vitro. Dodatkowym wyzwaniem jest fakt, że w kontekście trzech zasad dotyczących zastępowania, ograniczania i udoskonalania badań na zwierzętach potrzebne są alternatywne ramy prowadzenia badań.

Połączenie technologii „narząd na chipie” i NMR

W ramach finansowanego przez UE projektu TISuMR powstała nowa platforma technologiczna, która pozwala na bezpośrednią charakterystykę biochemiczną tkanek hodowanych in vitro w urządzeniach mikroprzepływowych. Umożliwiają one modelowanie całych narządów, dzięki czemu znajdują zastosowanie w diagnostyce i badaniach biomedycznych. Multidyscyplinarne doświadczenie zespołu TISuMR pozwoliło na udane połączenie spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) z hodowlą wycinków tkanek w zminiaturyzowanym laboratorium chipowym. Spektroskopia NMR to nieinwazyjna technika spektroskopowa o wysokiej rozdzielczości, która umożliwia charakteryzowanie próbek na poziomie molekularnym i która ze względu na swój nieinwazyjny charakter doskonale nadaje się ona do obserwacji procesów metabolicznych, biologicznych i chemicznych w systemach żywych. „Naszym zamiarem było rozwiązanie problemu ograniczonej czułości spektroskopii NMR i połączenie jej z naszym systemem hodowli mikroprzepływowych do obserwacji metabolizmu tkanek”, wyjaśnia Marcel Utz, koordynator projektu i profesor Uniwersytetu w Southampton.

Wyzwania i zastosowania

Spektroskopia NMR wymaga umieszczenia próbki w bardzo silnym polu magnetycznym, którego natężenie musi być jednakowe dla całej próbki. To oraz ścisłe warunki potrzebne do utrzymania tkanek w zdrowym stanie poza organizmem przez dłuższy czas stanowiło ogromne wyzwanie techniczne. Naukowcom udało się przezwyciężyć te problemy dzięki oryginalnemu urządzeniu, które wykorzystuje wysokowydajne spektrometry rezonansu magnetycznego, dostępne w wielu laboratoriach zarówno akademickich, jak i przemysłowych. „Nasza platforma oferuje przełomowe możliwości, zapewniając nieosiągalną dotąd szczegółowość i dokładność w zakresie badania metabolizmu tkanek”, podkreśla Utz. Platformę TISuMR z powodzeniem wykorzystano do badania cholestazy – stanu związanego z utrudnionym wydzielaniem żółci, często występującego jako działanie niepożądane wielu ważnych leków i utrudniającego ich skuteczne stosowanie. System TISuMR pozwolił na uzyskanie istotnych informacji na temat zmian w metabolizmie wątroby spowodowanych cholestazą, co powinno przełożyć się na zaprojektowanie nowych leków, które pozwolą uniknąć tego działania niepożądanego.

Perspektywy dla technologii TISuMR

Najbardziej znaczącym aspektem nowego podejścia eksperymentalnego TISuMR jest możliwość uzyskania bogatych danych na temat biochemii tkanki, bez jej uszkadzania. Metodę tę można zastosować także do innych tkanek, takich jak płuca, serce czy nerki. Techniki hiperpolaryzacji pozwalają na dalsze wzmocnienie sygnałów NMR i uzyskanie jeszcze bardziej szczegółowych informacji. „Przewidujemy, że technologia opracowana w ramach projektu TISuMR znajdzie liczne zastosowania, na przykład przy opracowywaniu leków i w badaniach nad nowotworami”, dodaje na koniec Utz. Partnerzy projektu kontynuują prace mające na celu udostępnienie technologii innym podmiotom poprzez spółki spin-off, takie jak Voxalytic GmbH w Niemczech i microVita w Zjednoczonym Królestwie. Dalsza optymalizacja technologii pozwoli na dostosowanie jej do konkretnych potrzeb użytkowników. Równolegle do tych działań komercjalizacyjnych partnerzy starają się dodatkowo zwiększyć możliwości technologii TISuMR, np. poprzez uwzględnienie informacji na temat fizjologii tkanki lub rozszerzenie zastosowań na biologię nowotworów.

Źródło: cordis.europa.eu