Uuden lääkkeen hankkiminen kemian laboratorion ideasta markkinoille vie useita vuosia ja miljardeja dollareita. Joka vuosi vain useita kymmeniä uusia lääkkeitä hyväksytään käytettäväksi Yhdysvalloissa.
Ihmisten "piirissä olevat sirut" johtavat vallankumoukseen huumeiden turvallisuuden testauksessa. Nämä välineet käyttävät ihmisen soluja mallinnettaessa ihmisen elinten ja kudosten rakennetta ja toimintaa. Testaamalla lääkkeiden mahdollisia vaikutuksia eri elimiin nopeammin kuin perinteiset menetelmät, sirujen sirut voivat vähentää eläintutkimusten tarvetta ja paremmin ennustaa, mitkä uudet lääkkeet hoitavat tehokkaasti ihmisen sairauksia.
Osana monitieteistä tutkimusryhmää työskentelemme munuaispiirissä parantaaksemme ymmärrystämme siitä, miten munuaissairaudet alkavat ja mitkä lääkkeet voivat turvallisesti hoitaa niitä.
**********
Historiallisesti laboratoriokokeita uusille lääkkeille suoritetaan soluissa, jotka on kasvatettu maljoissa tai pulloissa. Jos lääke läpäisee alkuperäiset seulontatestit in vitro, tutkijat testaavat sen seuraavaksi in vivo elävissä eläimissä määrittääksesi uuden lääkkeen vaikutukset koko järjestelmään vain yhden solutyypin kerrallaan. Lopuksi, monen vuoden laboratoriotutkimuksen jälkeen tutkijat testaavat lupaavan uuden lääkkeen ihmisissä nähdäkseen, onko se turvallista ja tehokasta.
Ongelma on 9 kymmenestä näistä lääkkeistä, joka ei koskaan tee siitä pienimuotoisia ihmistestejä potilaalle, koska ne osoittautuvat tehottomiksi tai myrkyllisiksi, vaikka ne osoittaisivat lupaavia tuloksia varhaisessa kokeessa.
Orgaanisilla siruilla on mahdollisuus muuttaa järjestelmä kokonaan. Kynsien koosta luottokortin kokoon asti ne koostuvat nestekanavista ja pienistä kammioista, jotka sisältävät ihmisen solunäytteitä. Elintarvikkeiden siruilla, joita kehitetään laboratorioissa ympäri maata, kuuluvat munuaiset, keuhkot, maksat, suolet, iho, aivot, sydän, luut ja lisääntymisjärjestelmät.
Sirussa olevassa elimessä virtaava neste toimittaa solut happea ja ravintoaineita samalla tavalla kuin veri ylläpitää soluja ihmiskehossa. Tämä jatkuva virtaus tekee nämä laitteet erityisiksi. Elimissä siruilla kasvatetut solut toimivat enemmän kuin ihmisen elimen solut kuin solut, jotka on kasvatettu litteissä astioissa ilman virtausta.
Neste kiertää munuais-sirulla. (Alex Levine, CC BY-ND) **********
Munuaiset ovat uskomattoman tärkeitä ihmisten terveydelle. Kaksi nyrkkikokoista munuaista poistavat lääkkeet ja ei-toivotut yhdisteet kehosta ja ovat tärkeässä roolissa asianmukaisen suola- ja vesitasapainon, verenpaineen ja D-vitamiinin sekä luun terveyden ylläpitämisessä. Geneettiset sairaudet ja jopa yleisesti annettavat lääkkeet voivat joissain tapauksissa vaurioittaa munuaisia.
Yhdysvalloissa 15 prosentilla aikuisista on munuaissairauksia. Mutta useimmat eivät edes tiedä sitä, koska munuaissairauksilla ei yleensä ole oireita, kunnes tila on edennyt hyvin pitkälle. On kiireellisesti ymmärrettävä, miten munuaissairaus alkaa, ja kehitettävä uusia turvallisia ja tehokkaita hoitoja.
Täällä Washingtonin yliopistossa munuaispiirissä oleva tutkimusryhmämme koostuu tutkijoista useilta eri aloilta, mukaan lukien farmasian, lääketieteen, nefrologian (munuaislääketiede), toksikologian, biokemian ja bioinsinöörit.
Yhteistyössä paikallisen bioteknologiayrityksen Nortis, Inc. -ryhmän kanssa tiimimme on luonut pienen - käyntikortin kokoisen - laitteen, jossa on jopa kolme pientä putkea, joista jokainen on tuhannesosa vesipisaran kokoinen ja sisältää 5000 ihmistä munuaissolut. Kun putkien läpi pumpataan pieniä määriä nestettä, munuaissolut altistetaan tärkeille signaaleille, jotka auttavat sirun soluja käyttäytymään ikään kuin ne olisivat elävässä munuaisessa.
Olemme havainneet, että munuaissolut vapauttavat signaaleja - kutsutaan biomarkkereiksi - vammoista, kun ne altistetaan tunnetuille munuaistoksiinille. Tutkimuksemme osoitti, että sirun solut vapauttivat vaurion merkit, joita yleensä havaitaan munuaisten vaurioituneiden ihmisten virtsassa. Vanhemmalla menetelmällä testaamalla soluja maljoilla ei havaittu vaurioita samalla käsittelyllä. Tämä viittaa siihen, että munuais sirulla voi olla parempi kuin nykyiset menetelmät ennustettaessa aiheuttaako uusi lääke munuaisvaurioita ihmisille.
Nämä laitteet testaavat paremmin miten molekyylit vaikuttavat ihmisen eläviin soluihin. (Alex Levine, CC BY-ND) **********
Nyt kun olemme saaneet nämä lupaavat tulokset, tieteelliset ryhmät eri puolilla maata alkavat yhdistää eri elimiä toisiinsa monistaakseen monimutkaisemman, moniorgaanisen järjestelmän, antaakseen paremman käsityksen siitä, kuinka huumeet vaikuttavat ihmisiin. Esimerkiksi, pystyimme yhdistämään maksan sirulla munuaisen sirulla, jotta voimme oppia, kuinka joissain kasviperäisissä lääkkeissä käytetty aristolokiinihappona käytetty kasviuutte vaurioittaa munuaissoluja. Tämä siru-siru-tutkimus vahvistaa tarvetta kytkettyihin elimiin-mikrosirulla toistaakseen monimutkaisia mekaniikoita ihmiskehossa.
Tulevana vuonna meidän munua-sirulla -projekti on yksi monista, jotka lähetetään kansainväliselle avaruusasemalle, jossa matala painovoima nopeuttaa solujen muutoksia, aiheuttaen joskus astronautteille terveysongelmia. Avaruusasema voisi olla täydellinen paikka saada lisätietoja munuaissairauksista viikkoina eikä vuosina tai vuosikymmeninä.
Orgaanisia siruja voidaan käyttää myös uusien lääkekohteiden löytämiseen. Tiimimme arvioi munuaispiirissä olevaa työkalua lääkkeiden valinnan ja annostelun mukauttamiseen munuaissyöpään, monirakkulaiseen munuaissairauteen ja krooniseen munuaissairauteen liittyvissä ihmisissä. Muut elinten sirulaboratoriot ympäri maata tutkivat immuunijärjestelmän, aivojen, keuhkojen, sydämen ja verisuonien sairauksia. Yhdessä tekemällä kymmeniä tutkimusryhmiä kehittää tätä uutta tekniikkaa mullistaakseen huumeiden löytämisen, mikä johtaa parempien ja turvallisempien lääkkeiden kehittämiseen kaikille.
Tämä artikkeli on alun perin julkaistu keskustelussa.
Catherine Yeung, farmasian tutkimusapulaisprofessori, Washingtonin yliopisto
Edward Kelly, farmasian apulaisprofessori, Washingtonin yliopisto
Jonathan Himmelfarb, munuaisten tutkimusinstituutin johtaja ja lääketieteen professori, Washingtonin yliopisto
