Hình mẫu trái tim trên vi mạch được chụp tại phòng thí nghiệm (Ảnh: Darwin Reyes-Hernandez và Derrick Butler/NIST)
Một công cụ mới được phát triển bởi nhóm nghiên cứu từ Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) của Mỹ, mô phỏng sự tương tác của các tế bào tim người được gọi là "trái tim bên trong con chip". Theo các nhà nghiên cứu, công nghệ này có thể được áp dụng để nghiên cứu bệnh tim, một trong những nguyên nhân hàng đầu gây tử vong ở Mỹ.
Các thí nghiệm truyền thống trên chuột và khỉ trong phòng thí nghiệm không thể hiểu rõ hoàn toàn cách bệnh phát triển hoặc hiệu quả của thuốc trong cơ thể con người. Do đó, các nhà nghiên cứu đang cố gắng phát triển những phương pháp chính xác hơn để mô phỏng sự phức tạp của các cơ quan trong cơ thể con người trong phòng thí nghiệm. Độ chính xác này đặc biệt quan trọng đối với việc phát triển thuốc, vì 90% các loại thuốc thử nghiệm không thành công khi chuyển sang thử nghiệm lâm sàng trên người.
Mô hình tim trong chip
Phát triển mô hình trái tim trong con chip
Các mô hình mới đang được phát triển bao gồm việc tạo ra các cơ quan hoặc cơ quan thu nhỏ từ tế bào gốc trên chip, trong đó tế bào được phát triển trên một con chip mô phỏng các cơ quan trong cơ thể người. Nhiều cơ quan đã được mô hình hóa trên các chip như vậy, bao gồm phổi, thận và âm đạo.
Đặc biệt, các chuyên gia đã phát triển mô hình tim trên chip để nghiên cứu cách tim phục hồi sau chấn thương và bệnh tim cũng như hỗ trợ các nghiên cứu về thuốc. "Tim trên chip" đã được gửi lên vũ trụ để nghiên cứu tác động của trọng lực lên trái tim.
Trong một thông cáo mới đây, nhóm nghiên cứu tại Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) đã thông báo rằng công nghệ này, bao gồm mô hình trái tim trong chip mới của họ, có thể tối ưu hóa việc phát triển thuốc, giúp nó trở nên nhanh chóng, an toàn và chính xác hơn. Điều quan trọng là, những mô hình này không thể thay thế các thử nghiệm lâm sàng trên con người.
Theo kỹ sư y sinh Darwin Reyes, người đứng đầu dự án phát triển chip mới tại NIST, hệ thống này có thể được áp dụng để sản xuất các cơ quan sinh học và y học như trái tim trên chip.
Phát triển tế bào tim người
Các vi mạch chứa trái tim thường có vỏ trong suốt hoặc bán trong suốt, khi nhìn vào bên trong, các nhà nghiên cứu có thể thấy chất lỏng chạy qua các kênh nhỏ nối với nhau như dòng nước. Trong trường hợp của chip NIST, họ đã mô phỏng các mạch máu trong tim. Các nhà khoa học đã phát triển tế bào tim người bên trong và có thể nghiên cứu cách tế bào phản ứng với việc bổ sung các loại thuốc khác nhau.
Theo Reyes, khác với các mô hình tim trong chip hiện tại, các tế bào trong mô hình NIST mới có khả năng tự sắp xếp để tương tác thông qua phân tử. Ông nói rằng bước tiếp theo của nhóm là đánh giá hoạt động của các tế bào tim này dưới điều kiện bình thường và căng thẳng.
Các vi mạch nội tạng khác nhau cũng có thể được kết nối với nhau - ví dụ, vi mạch gan có thể được kết nối với vi mạch tim. Điều này có thể cho phép các nhà khoa học nghiên cứu cách hai cơ quan này tương tác sau khi tiếp xúc với một loại thuốc cụ thể.
Trong một bài đánh giá mới đây về công nghệ này, được công bố trên tạp chí Lab on a Chip, Reyes và một đồng nghiệp đã nhấn mạnh rằng cần thực hiện một số công việc quan trọng trước khi các mô hình cơ quan của con người trong chip có thể được sử dụng trong các thử nghiệm thuốc tiền lâm sàng. Ví dụ, tế bào tim được sử dụng trong các thiết bị này được nuôi từ tế bào gốc trong bào thai đang phát triển.
Khả năng của các thiết bị này đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ công nhận vào năm trước, khi họ đưa ra quyết định rằng chúng có thể thay thế cho thử nghiệm trên động vật truyền thống, miễn là dữ liệu mà chúng tạo ra đủ mạnh.
Theo Live Sciencet
