Органы на чипе свяжут мозг, кишечник и поджелудочную железу для борьбы с диабетом и деменцией
Учёные из Университета Бата (University of Bath) возглавили масштабный проект GlucoBrain, цель которого — создать первое в своём роде устройство класса «орган на чипе». Эта система детально воспроизведёт биологические связи между головным мозгом, кишечником и поджелудочной железой. Проект получил финансирование в размере 500 тысяч фунтов стерлингов от Совета по исследованиям в области инженерных и физических наук. Разработка позволит авторам работы в реальном времени отслеживать сигналы, которыми обмениваются органы, и выяснить, почему сахарный диабет часто приводит к ухудшению памяти и когнитивных функций. К исследованиям также привлечены специалисты из Оксфордского университета (University of Oxford) и Университета Джонса Хопкинса (Johns Hopkins University).
Сахарный диабет и болезнь Альцгеймера остаются одними из самых острых проблем мирового здравоохранения, особенно в условиях старения населения. Давно известно, что диабет разрушительно влияет на сердце, почки и зрение. Однако появляется всё больше свидетельств того, что эта болезнь тесно связана с нарушениями работы мозга, обучаемости и памяти. До сих пор точные биологические механизмы этой патологической связи оставались неизученными, так как у врачей не было инструмента для безопасного наблюдения за живыми тканями человека в комплексе.
До сегодняшнего дня почти все знания о связи диабета и деменции базировались на экспериментах с животными, изучении простых клеточных культур в чашках Петри и клинических наблюдениях за пациентами. Такие методы полезны, но они не способны точно и в полной мере отразить сложные трёхмерные взаимодействия, которые происходят в организме между живыми клетками, гормонами и тканями. Животные генетически отличаются от людей, а плоские слои клеток в лаборатории лишены естественного снабжения питательными веществами.
Иллюстрация: Nano BananaТехнология «орган на чипе» решает эту проблему: она использует живые человеческие клетки, помещённые в миниатюрные микрофлюидные устройства. Внутри таких чипов по микроскопическим каналам циркулирует раствор, который имитирует кровоток и контролируемо снабжает клетки питательными веществами. Это позволяет клеткам расти в трёх измерениях и вести себя точно так же, как внутри человеческого тела. В рамках проекта авторы работы впервые смогут изолировать отдельные типы клеток и изучать их молекулярные сигналы изолированно и в связке.
Трёхлетний проект стартует в октябре 2026 года. Он объединит инженеров, биологов, практикующих врачей и специалистов по компьютерным наукам. На первом этапе команда создаст отдельные изолированные чипы-модели для кишечника, поджелудочной железы и мозга, а затем объединит их в единую мультиорганную систему. Сложность экспериментов будет повышаться постепенно: учёные планируют дозированно вводить глюкозу, гормоны и различные лекарственные препараты, фиксируя точные ответы каждого органа.
Для обеспечения максимальной физиологической точности к проекту привлечены ведущие мировые институты. Эксперты из Оксфордского университета поделятся клиническим опытом в области метаболических заболеваний и диабета. Представители американского Университета Джонса Хопкинса предоставят свои наработки по исследованию болезни Альцгеймера и созданию церебральных органоидов — искусственно выращенных трёхмерных мини-моделей человеческого мозга.
«Наш кишечник, поджелудочная железа и мозг постоянно общаются через сеть сигналов, помогая регулировать чувство голода и уровень сахара в крови, — объясняет руководитель проекта доктор Деспина Мосчу (Despina Moschou) из Университета Бата. — Но мы до сих пор не понимаем, как эти сигналы взаимодействуют на клеточном уровне и почему уровень глюкозы связан с когнитивным спадом. Создав подключённую систему на чипе, мы сможем в реальном времени изучать, как сигналы перемещаются между органами, как именно диабет ухудшает функции мозга и как могут помочь новые лекарства».
В долгосрочной перспективе проект GlucoBrain заложит фундамент для перехода к персонализированной медицине и ускоренному тестированию лекарств. Использование чипов позволит фармацевтическим компаниям отказаться от неточных и негуманных тестов на животных, сделав результаты исследований применимыми сразу к человеку. Кроме того, в будущем врачи смогут брать клетки конкретного пациента, выращивать их на чипе и проверять эффективность различных терапевтических схем индивидуально, без риска для здоровья больного На следующих этапах учёные планируют подключить к платформе алгоритмы искусственного интеллекта, чтобы выявлять скрытые закономерности зарождения деменции на самых ранних стадиях.
© iXBT
