Клеточное время: «мозг на чипе» поможет лечить самую агрессивную форму рака
Ученые разработали микрофлюидную систему «мозг на чипе» для исследования нового подхода к терапии глиобластомы — одной из самых агрессивных форм рака мозга. Сочетание химиопрепарата и беспроводной оптостимуляции позволило добиться почти полного уничтожения опухолевых клеток в лабораторных образцах. Если дальнейшие исследования будут такими же успешными, в перспективе врачи получат мощный инструмент для борьбы с этим опасным заболеванием, рассказали «Известиям» специалисты. Однако необходимо проверить подход непосредственно в клинических исследованиях с участием пациентов.
Зачем нужен «мозг на чипе»
Исследователи из Института бионических технологий и инжиниринга вместе с группой экспериментальной биотерапии Института регенеративной медицины Сеченовского университета разработали микрофлюидную платформу, имитирующую кровоток в мозге и поддерживающую жизнедеятельность клеток глиобластомы. Ученые показали, что органическое полупроводниковое устройство под воздействием красного света стимулирует активность ионных каналов в клетках. Новые эксперименты доказали, что аналогичный эффект наблюдается и в клетках глиобластомы — это усиливает проникновение темозоломида, одного из ключевых препаратов для лечения этой опухоли.
— Ионные каналы работают как насосы — они втягивают молекулы в клетку. Темозоломиду нужно попасть в ядро, чтобы уничтожить раковую клетку. Красный свет учащает открытие и закрытие каналов, концентрация препарата в клетке растет быстрее — и клетка гибнет. В экспериментах нам удалось уничтожить до 95–98% клеток глиобластомы — это в пять раз больше, чем в контрольных образцах без стимуляции, — рассказал «Известиям» руководитель исследования, доцент Института бионических технологий и инжиниринга Александр Марков.
Глиобластома остается одной из самых трудноподдающихся лечению форм опухолей: она отличается быстрым ростом и устойчивостью к существующим методам терапии. Полное хирургическое удаление часто невозможно из-за риска повреждения жизненно важных структур мозга, а химиотерапия далеко не всегда оказывается достаточно эффективной. Поэтому особенно актуальны новые подходы, способные повысить эффективность терапии без дополнительных рисков для пациента.
Как подчеркнули исследователи, это первая система «мозг на чипе», в которой используется беспроводная оптоэлектронная стимуляция. Она не требует электродов или индуктивных катушек, которые могут вызывать нагрев и повреждение клеток, что делает технологию менее инвазивной и более безопасной.
— Наши эксперименты показали, что сочетание терапии с беспроводной стимуляцией усиливает действие препарата и помогает ему глубже проникать в клетки. Сейчас мы переходим к работе с первичными культурами и органотипическими срезами тканей — моделями, более приближенными к реальной ткани мозга. В частности, предварительные результаты на первичной агрессивной культуре, полученной от пациента с глиобластомой, также продемонстрировали усиление терапевтического эффекта, — рассказала студентка Института фармации Сеченовского университета Анна Константинова.
Перспективы терапии глиобластомы
Дальнейшее тестирование комбинированного метода терапии на клеточных моделях глиобластомы позволит оценить преимущества данной технологии в терапии злокачественной глиобластомы в условиях повышенной резистентности опухолей к химиотерапии, добавила студентка Института фармации Виктория Хоружая.
Саму платформу «мозг на чипе» в дальнейшем планируется использовать и для изучения других видов опухолей мозга. До клинического применения, однако, еще далеко — ученым предстоит решить ряд технических задач и пройти длительный путь испытаний.
Разработка микрофлюидной платформы «мозг на чипе» для изучения терапии глиобластомы открывает перспективы для создания новых, более эффективных подходов к лечению одного из самых агрессивных и плохо поддающихся терапии видов опухолей мозга, рассказал «Известиям» эксперт рынка НТИ «Хелснет», врач-онколог НМИЦ онкологии им. Н.Н. Петрова Максим Котов.
— Поскольку эта технология позволяет моделировать проникновение препаратов и их влияние на клетки опухоли в условиях, максимально приближенных к реальным, а первые эксперименты с сочетанием темозоломида и беспроводной оптостимуляции уже показали значительное усиление противоопухолевого эффекта, — сказал он.
Основная особенность данной модели «мозг на чипе» — реалистичное воспроизведение физиологического микроокружения опухоли, включая имитацию кровотока и возможность безопасной оптостимуляции клеток, подчеркнул руководитель центра превосходства «Персонифицированная медицина» Казанского (Приволжского) федерального университета, член-корреспондент Академии наук Республики Татарстан Альберт Ризванов.
— Это позволяет приблизить лабораторные исследования к реальным процессам, происходящим в организме человека, — сказал эксперт.
Главным вызовом остается проблема адресной доставки препаратов и селективного воздействия именно на опухолевые клетки в условиях целого организма, сказал он.
— Для заключения, что технология может быть применена в клинической практике, потребуется исследование как на биологических моделях заболеваний, так и непосредственно в клинических исследованиях с участием пациентов, — отметил директор НИИ нейронаук СамГМУ, эксперт Центра НТИ на базе вуза и рынка НТИ «Хелснет» Александр Захаров.
Работа выполняется при поддержке гранта РНФ.
