Первая искусственная репродуктивная система "на чипе" имитирует женский менструальный цикл
В стремлении лучше изучить репродуктивную систему человека учёные создали в лаборатории простейшую модель женской репродуктивной системы. Каждые 28 дней "яичник", расположившийся на небольшом пластиковом чипе, выпускает яйцеклетку и начинает производить гормоны с целью подготовки к беременности.
Гормоны проходят через серию крошечных каналов, имитирующие маточные трубы, прямо в небольшую полость, напоминающую матку. Полость также содержит человеческие ткани.
Систему назвали Evatar, и оно, как можно догадаться, происходит от двух слов Eve (Ева) и avatar (аватар).
Искусственная система, которую учёные подробно описали в статье журнала Nature Communications, является самой последней в серии "органов-на-чипе". Напомним, что таким термином исследователи обозначают небольшие устройства (чипы), в которых функционируют миниатюрные клеточные модели различных органов и тканей, связанные между собой сетью микроканалов, имитирующих кровеносные сосуды. Цель – смоделировать с их помощью биологические функции человеческого организма.
Исследователь из Северо-Западного университета и один из авторов нынешней разработки Тереза Вудрафф (Teresa Woodruff) отмечает, что в настоящий момент на руках у медиков не существует хорошей животной модели для изучения 28-дневного репродуктивного цикла женщин. Искусственная система поможет решить многие проблемы, добавляет она.
Вудрафф и её коллеги разработали систему, содержащую пять "органов". Все они соединены друг с другом особой жидкостью, имитирующей кровь. Жидкость переносит гормоны и препараты. Маточные трубы, матка и шейка матки созданы из человеческих тканей, полученных от женщин, перенесших гистерэктомию (удаление матки).
Правда, яичники были созданы из мышиных тканей, поскольку здоровые яичники редко удаляют из организмов женщин. Ткани пятого "органа" – печени, которая усваивает препараты, также были созданы при помощи человеческих "поставок".
С целью запуска репродуктивного цикла исследователи добавили в систему Evatar стимулирующий образование фолликулов гормон. Это простимулировано мышиные яичники к производству эстрогена. Спустя 14 дней специалисты добавили лютеинизирующий гормон, который побуждал яичники выпускать яйцеклетку и начать производить гормон прогестерон.
Яйцеклетка осталась в полости яичника, но вторая полость, покрытая тканью из женских маточных труб, начала действовать так, как если бы яйцеклетка проходила через неё. В этой модели, как и у женщин, ткани в маточных трубах содержат структуры, напоминающие волоски, — реснички. Именно они и двигают яйцеклетки к матке.
В третьей и четвёртой полости, "облицованной" человеческими тканями матки и шейки матки, затем, соответственно, производились рецепторы для гормонов. Исследователи соединяли Evatar с человеческой "печенью-на-чипе", которая усваивала препараты, испытываемые учёными.
"Я считаю исследование невероятно важным", — говорит Джон Уиксво (John Wikswo), физиолог из Университета Вандербильта.
Основное преимущество новой системы, считают специалисты, в том, что она позволит учёным быстро испытывать различные препараты, выявляя их токсичность и другое воздействие на репродуктивную систему. Но всё же есть и минус: даже комплексный набор "органов-на-чипе" не способен полностью заменить клинические исследования или эксперименты на животных. Причина в том, что невозможно понять, какой орган и как "отзовётся" на имитируемое заболевание и ход лечения.
Вудрафф говорит, что она и её коллеги планируют изучать различные заболевания при помощи заполнения системы Evatar клетками людей с разными состояниями – раком яичников, например. Кроме того, они хотят также заражать систему вирусом папилломы человека, который может вызывать рак шейки матки.
Добавим, что медики давно ищут способ эффективной защиты людей от опасных болезней и разрабатывают контрмеры против биологического, химического и радиологического оружия. Но все они нуждаются в клинических испытаниях на человеке. Правда, в большинстве случаев такие исследования невозможны по этическим соображениям. Именно здесь и пригодятся так называемые микробиореакторы.
Подобную идею уже развивают в ряде стран, в том числе и в России. В частности, учёные около года назад представили трёхмерные "органы-на-чипе".
Теперь же исследователи надеются, что искусственная репродуктивная система Evatar станет ещё одним средством изучения различных заболеваний (рака шейки матки, например) и позволит им тестировать новые средства контрацепции, а также лечения бесплодия до клинических испытаний.
Кстати, группа специалистов также создаёт мужскую репродуктивную модель под названием Adatar (от слов "Адам" и "аватар").
Год назад учёные также впервые вырастили полностью "в пробирке" яйцеклетки из клеток кожи грызуна. Примечательно, что корреспонденты "Вести.Наука" также писали про первую мышь с менструальным циклом как у женщин. Возможно, она также станет моделью для исследований репродуктивной системы человека.