Chip jaringan – replika kecil organ manusia, hanya berukuran milimeter – mewakili alternatif model hewan sebagai cara untuk mempelajari penyakit atau mengevaluasi obat. Namun, keterbatasan utama dari chip jaringan adalah bahwa chip tersebut tidak meniru interaksi jaringan dengan tepat, sehingga tidak mungkin untuk mengetahui bagaimana, misalnya, pengobatan penyakit hati dapat mempengaruhi organ lain seperti jantung.
Untuk meningkatkan teknologi ini, para peneliti yang didanai NIBIB telah mengembangkan sistem chip jaringan yang saling terkait yang secara bersamaan dapat memodelkan empat organ dewasa dalam lingkungan perspektifnya. Chip jaringan multi-organ ini, yang dapat dipersonalisasi untuk memodelkan masing-masing pasien, mungkin mewakili cara baru untuk mengevaluasi efek sistemik dari obat-obatan baru.
“Sebagai sebuah bidang, kami terus berupaya mengembangkan model realistis yang secara akurat mewakili fisiologi manusia,” kata David Rampulla, PhD, direktur Divisi Sains dan Teknologi Penemuan di NIBIB. “Studi ini menguraikan metode baru untuk memodelkan organ manusia yang saling berhubungan, yang memungkinkan para peneliti menyelidiki – atau mengobati – penyakit yang mempengaruhi banyak jaringan berbeda dengan lebih baik.”
Sistem chip jaringan yang memodelkan beberapa organ sekaligus telah dieksplorasi sebelumnya, namun terdapat masalah di sini – semua jaringan berbeda tumbuh di lingkungan yang sama, yang tidak mewakili tubuh manusia. Masing-masing organ kita memiliki persyaratan lingkungan tertentu agar dapat berfungsi secara optimal – misalnya, jumlah garam, asam, protein, faktor pertumbuhan, dan hormon yang berbeda. Kumpulan model organ yang dikembangkan dalam kondisi yang sama di laboratorium mungkin memiliki fenotipe yang berbeda-beda dan gagal mewakili jaringan manusia dewasa secara akurat.
Sistem Chip Jaringan Multi-Organ. Jenis jaringan, kiri ke kanan: hati, jantung, kulit, dan tulang. Kredit: Ronaldson-Bouchard dan Vunjak-Novakovic di Universitas Columbia
Sebuah tim bioteknologi dari Universitas Columbia telah menjembatani kesenjangan antara pertumbuhan jaringan dalam isolasi dan pertumbuhan jaringan dalam lingkungan bersama. Mereka telah mengembangkan sistem yang saling berhubungan di mana setiap organ berkembang dalam ruang terpisah, namun semua ruang dihubungkan oleh aliran pembuluh darah (mirip dengan organ yang dihubungkan oleh darah yang beredar ke seluruh tubuh). Selain itu, ruang-ruang tersebut dipisahkan oleh penghalang pembuluh darah semi-permeabel, yang memungkinkan berbagai jaringan tumbuh di lingkungan optimalnya, namun pertukaran organel yang berbeda (misalnya sel, sinyal imun, dan faktor yang disekresikan) juga memungkinkan terjadinya komunikasi antar sel. ,
“Tujuan kami adalah mengembangkan model fisiologi manusia yang lebih baik, jadi kami mengambil inspirasi dari tubuh manusia, yang bergantung pada crosstalk antar organ sambil mempertahankan lingkungan jaringan yang ideal,” kata Casey Ronaldson-Bouchard, penulis pertama studi tersebut . menjelaskan. Seorang ilmuwan peneliti asosiasi di Universitas Columbia di New York. “Dengan mengembangkan platform multi-organ di mana jaringan dapat ‘berbicara’ satu sama lain melalui faktor-faktor yang disekresikan, kita dapat memodelkan kondisi sistemik dan perkembangan penyakit dengan lebih akurat.”
di mereka Belajarditerbitkan di Rekayasa Biomedis Alam, tim peneliti melaporkan chip multi-organ yang berisi empat jaringan manusia dewasa: jantung, hati, tulang, dan kulit, semuanya terhubung melalui pembuluh darah untuk membentuk sistem yang saling berhubungan. Setelah organ matang ditumbuhkan selama empat minggu dalam chip yang saling terkait, semuanya mempertahankan fenotipe yang sesuai, sehingga menghasilkan model jaringan manusia yang sesuai. Para peneliti juga menunjukkan komunikasi antara berbagai organ: Ketika mereka melukai jaringan jantung, mereka menemukan penanda khusus jantung di tiga jaringan lainnya. Selain itu, ketika mereka menambahkan sel kekebalan ke aliran pembuluh darah, mereka menemukan bahwa sel-sel ini bermigrasi ke jaringan jantung yang rusak, namun tidak ke organ yang sehat.
Untuk mengevaluasi kemampuan sistem mereka dalam memodelkan pengujian dan toksisitas obat, para peneliti mempelajari doxorubicin, obat kemoterapi yang umum digunakan dalam pengobatan kanker. Mereka menemukan bahwa obat tersebut berperilaku sama pada sistem chip jaringan mereka seperti pada pasien manusia, termasuk efek samping kardiotoksisitas. Mereka percaya bahwa studi tambahan dengan sistem mereka dapat menghasilkan metodologi yang lebih baik untuk mengevaluasi pengobatan inovatif.
Ronaldson-Bouchard mengatakan platform mereka dapat menerima jaringan rekayasa apa pun, bukan hanya empat jaringan yang dievaluasi di sini. “Para ilmuwan dapat ‘menyambungkan’ jaringan yang diinginkan – baik jaringan manusia yang sehat maupun yang sakit – untuk mendukung berbagai tahap perkembangan praklinis,” katanya. Selain itu, dengan menggunakan sel yang diturunkan dari pasien untuk menumbuhkan jaringan dewasa, sistem mereka dapat mengeksplorasi bagaimana penyakit tertentu dapat mempengaruhi populasi pasien secara berbeda (terlepas dari etnis, usia, jenis kelamin, atau faktor lainnya). Jenis informasi ini dapat meningkatkan kemanjuran obat dan memberikan informasi yang lebih baik pada desain uji klinis, katanya.
“Kondisi sistemik—seperti metastasis kanker, toksisitas obat multi-organ, infeksi, dan penuaan—sebagian besar tidak dimasukkan dalam jalur pengembangan obat dan kurangnya pengobatan yang memadai, terutama melalui model yang akurat,” kata penulis studi senior Gordana Vunjak dari.” -Novakovitch, Ph.D., Profesor Universitas dan Profesor Teknik Biomedis dan Ilmu Kedokteran Yayasan Mikati di Universitas Columbia. “Diperlukan model yang lebih relevan, terutama model yang memfasilitasi pemahaman tentang cara kerja suatu obat pada populasi pasien tertentu. “Chip multi-organ kami menunjukkan potensi untuk melakukan hal ini.”
Penelitian ini didukung oleh hibah dari NIBIB (UG3EB025765 dan P41EB027062), National Cancer Institute (NCI; hibah R01CA249799, R35CA197745, dan P30CA013696), National Center for Advancing Translational Sciences (NCATS; hibah UL1TR001873), dan Kantor Kesehatan NIH Sains (NIHB). Direktur (OD; hibah (S10OD012351 dan S10OD021764).
Referensi studi: Ronaldson-Bouchard K, Telles D, Yeager K, dkk. Chip multi-organ dengan relung jaringan matang yang terhubung ke aliran pembuluh darah. nat biomed ingg, 2022;6(4):351-371. doi:10.1038/s41551-022-00882-6
Dilansir dari dan telah tayang di: https://agenbrilink.net/berita/pengembangan-chip-jaringan-apa-itu-411/20115/