Оценка безопасности лекарственных и косметических средств – это один из важнейших этапов их разработки.
В последние годы у исследователей появилось четкое понимание того, что опыты на животных не позволяют на 100% точно предугадать реакцию человеческого организма на экспериментальное средство.
Следовательно, необходимо заменить лабораторных животных чем-то более надежным.
И это не говоря об этических аспектах опытов на живых существах.
Недавно европейские регуляторы начали административными методами ограничивать использование животных в испытаниях косметических средств, заблокировав разработку ряда продуктов знаменитыми компаниями L’Oréal и Estée Lauder. Это привело к тому, что ведущие компании по всему миру начали инвестировать миллионы в создание микрочипов, которые имитируют реакцию человеческого организма на экспериментальный продукт.
Главным препятствием, которое стояло перед исследователями, была низкая жизнестойкость человеческих клеток вне организма. Чтобы решить эту проблему ученые из Еврейского университета Иерусалима (Израиль) и Института клеточной терапии и иммунологии Фраунгофера (Германия) создали микрочип с клетками печени, который полностью имитирует физиологию человеческих гепатоцитов.
«Разработанные нами микроскопические модели печени имеют меньше 1 миллиметра в диаметре и живут более месяца. Хотя другие группы ученых получили подобные результаты, наш прорыв заключается в использовании нанотехнологических биосенсоров внутри чипов. Мы понимали, что электронные и оптические сенсоры внутри ткани нужны для эффективного контроля параметров. По сути, мы сделали полноценную бионическую печень, пронизанную микроэлектроникой», — поясняет профессор Яков Нахмиас (Yaakov Nahmias), ведущий автор последнего исследования и директор Центра биоинжиниринга имени Александра Грасса при Еврейском университете.
В ходе первых экспериментов с микрочипами оптоэлектронные сенсоры внутри живой ткани позволили ученым детально изучить токсическое влияние парацетамола на печень. Сопоставив эти результаты с клиническими данными о давно изученном препарате, немецко-израильская команда заключила, что новые микрочипы вполне могут заменить лабораторных животных.
«Поскольку мы установили эти сенсоры прямо внутри ткани, мы смогли наблюдать малейшие изменения в клеточном дыхании и других процессах, которые никто раньше видеть не мог. Это даже лучше, чем использовать животные модели», — говорит Нахмиас.
В частности, авторы обнаружили, что парацетамол способен блокировать клеточное дыхание гепатоцитов гораздо быстрее и в гораздо меньших дозах, чем считалось ранее. Согласно нынешней концепции, парацетамол сначала преобразуется в токсичный метаболит под названием N-ацетил-п-бензилхинонимин (NAPQI), который уже и поражает клетки печени. Поскольку печень способна обезвреживать NAPQI, ученые считали, что токсическое действие парацетамола на печень происходит только при употреблении больших доз лекарства.
Оказалось, что это не совсем верно. Последнее исследование перевернуло 50 лет работы фармакологов с ног на голову. Как сообщается в журнале Archives of Toxicology, молекула парацетамола сама по себе способна блокировать клеточное дыхание, поэтому печень повреждается даже при приеме относительно небольших доз этого лекарственного вещества.
«Это потрясающие возможности. Мы знали о нефротоксичности парацетамола и его способности вызывать серьезные кожные реакции, но до сегодняшнего дня мы по-настоящему не понимали механизм токсического действия этого вещества на печень. Новая технология дала нам возможность глубже изучать действие лекарственных веществ на клетки, что, по сути, может перевернуть медицинскую практику», — отозвался о работе коллег профессор Орен Шиболет (Oren Shibolet), заведующий отделением гепатологии Медицинского центра Сураски в Тель-Авиве.