Ложный покров: «кожа-на-чипе» поможет тестировать лекарства и косметику
Специалисты Института регенеративной медицины Сеченовского университета Минздрава разработали прототип «кожи-на-чипе», заселенной характерными для микробиома бактериями. Новая модель позволит испытывать препараты от дерматологических заболеваний с учетом влияния микроорганизмов на компоненты лекарств, а также изучать механизмы развития болезней. После успешного тестирования разработки можно будет изучать механизмы развития акне, псориаза, витилиго, атопического дерматита и многое другое, уверены эксперты. Однако необходимо понимать, что такая модель не сможет отразить особенности конкретного человека, а будет давать стандартизированный результат.
Как микробы «работают» на коже
Несмотря на активные исследования в области причин развития кожных болезней и поиска способов их лечения, до клинического применения доходит лишь небольшое число новых препаратов. Одна из причин этого — сложность их разработки, связанная в том числе с недостаточно точными моделями кожи для проверки эффективности. В частности, в существующих моделях не воссоздается микробиом кожи, включающий множество бактерий, вирусов и грибов. При этом микроорганизмы в значительной степени влияют на метаболизм и эффективность наносимых на кожу субстанций, поэтому активность микробиома необходимо учитывать при создании новых средств.
— Микроорганизмы взаимодействуют с компонентами препаратов, могут их разлагать, что-то задерживать на поверхности кожи, что-то переносить в более глубокие слои. Эти факторы необходимо учитывать и при разработке новых терапевтических соединений, и при подборе вспомогательных компонентов, — пояснила «Известиям» руководитель дизайн-центра «Биофабрика» Сеченовского университета, руководитель проекта Полина Бикмулина.
Чтобы сформировать модель, максимально приближенную к реальности, ученые создали прототип «кожи-на-чипе». Основой модели послужила коллагеновая мембрана, заселенная кератиноцитами — самыми многочисленными клетками эпидермиса — и фибробластами — основными клетками дермы. На верхней ее части обитают характерные для микробиома бактерии. Мембрана располагается в микрофлюидном чипе, который обеспечивает клетки и бактерии необходимыми питательными веществами. С самого начала «кожа» и микробиом культивируются вместе, образуя единую систему.
Сейчас ученые тестируют реакцию разработанной модели на стандартные лекарственные вещества — необходимо убедиться, что она действительно ведет себя как настоящая кожа. После этого можно будет перейти к испытаниям и других препаратов.
Зачем нужна «кожа-на-чипе»
В дальнейшем модель можно будет использовать не только для тестирования препаратов, но и для изучения механизмов развития кожных заболеваний, например, акне.
— Бактериальный консорциум играет в патогенезе важную роль, и модель позволит выяснить, какие бактерии более важны, какие менее, и как они взаимодействуют между собой, чтобы поддерживать здоровый микробиом, — отметила Полина Бикмулина.
Искусственная кожа с естественным микробиомом интересна как платформа для различных испытаний наружных и инъекционных лекарственных препаратов. Микробиом — важная составляющая здоровья кожи человека, он играет большую роль в защите нашей внутренней среды от внешних факторов, рассказала «Известиям» кандидат медицинских наук, врач-дерматовенеролог, научный руководитель компании Martinex Наталья Михайлова. По изменениям микробиома врач-дерматолог понимает, какие микроорганизмы преобладают в коже, как они влияют на развитие грибковой и бактериальной микрофлоры.
— Очень важно, чтобы новые препараты выводились на рынок быстро. Искусственная кожа с микробиомом как раз может ускорить этот процесс. Испытания новых лекарств станут более безопасными и менее дорогостоящими. Ученые смогут быстрее находить ответы на вопросы, возникающие в процессе разработки препаратов, и проводить больше экспериментов. На искусственной коже можно будет испытывать более агрессивные лекарства и наблюдать их влияние, — отметила эксперт.
Сейчас, по словам специалиста, если препарат испытывается на людях, он должен быть с доказанной безопасностью, это ограничивает разработчиков. Кроме того, каждый человек индивидуален, у него свои показатели кожи. Искусственная же кожа будет иметь одинаковый микробиом, соответственно, ученые получат стандартизированные результаты.
— Если мы сможем использовать искусственную кожу для создания лекарственных и косметических средств с пониманием того, как они влияют не только на саму кожу, но и на микробиом, наука хорошо продвинется вперед. Эта технология открывает большие перспективы в дерматологии и косметологии, — рассказала Наталья Михайлова.
После успешного тестирования модели можно будет изучать механизмы развития акне, псориаза, витилиго, атопического дерматита и многое другое, отметила врач-дерматолог сети клиник «Семейная» Александра Пашкова.
— Даже с учетом научного прогресса, механизмы развития некоторых заболеваний до сих пор не известны, — сказала она.
Продолжением работы станет моделирование и других тканей, и органов «на чипе»: микрофлюидные технологии открывают широкие возможности для поддержания жизнеспособности клеток. Так, сейчас в лаборатории прикладной микрофлюидики ИРМ ведется проект по созданию печени-на-чипе для детального анализа взаимодействия различных типов клеток.
Исследования проводятся при поддержке гранта РНФ.
