化学研究所のアイデアから市場に新しい医薬品を入手するには、何年も何十億ドルもかかります。 毎年、わずか数十個の新薬が米国での使用が承認されています。
人間の「臓器オンチップ」は、薬物安全性試験の革命をリードしています。 これらのデバイスは、人間の細胞を使用して、人間の臓器と組織の構造と機能をモデル化します。 さまざまな臓器に対する薬物の潜在的な効果を従来の方法よりも高速にテストすることにより、臓器オンチップは動物研究の必要性を減らし、どの新薬がヒトの疾患を効果的に治療するかをより正確に予測できます
学際的な研究チームの一部として、腎臓疾患の始まりと、どの薬物がそれらを安全に治療できるかについての理解を深めるために、腎臓オンチップに取り組んでいます。
**********
歴史的に、新薬の実験室試験は、皿またはフラスコで増殖した細胞で行われます。 薬剤がin vitroで最初のスクリーニングテストに合格した場合、研究者は次に生きた動物でin vivoでそれをテストし、一度に1つの細胞タイプだけでなく、システム全体に対する新薬の効果を判断します。 最後に、長年の研究室調査の後、研究者は有望な新薬を安全で効果的なものであるかどうかを確認するために人々でテストします。
問題は、これらの薬物の10のうち9は、初期の検査で有望な結果を示したとしても、効果がなく毒性があることが判明したため、小規模な人間の検査から患者に決して適用されないことです。
臓器オンチップは、そのシステムを完全に変換する可能性があります。 爪のサイズからクレジットカードのサイズに至るまで、それらは液体チャネルとヒト細胞サンプルを含む小さなチャンバーで構成されています。 全国の研究室で開発中の臓器オンチップには、腎臓、肺、肝臓、腸、皮膚、脳、心臓、骨、生殖器系が含まれます。
チップ上の器官では、流れる液体が細胞に酸素と栄養素を供給します。これは、血液が人体の細胞を維持する方法と同様です。 これらのデバイスを特別なものにしているのは、この一定の流れです。 チップ上の器官で成長した細胞は、流れのない平らな皿で成長した細胞よりも、人間の器官の細胞のように機能します。
チップ上の腎臓を介して液体が循環します。 （Alex Levine、CC BY-ND） **********
腎臓は人間の健康全体にとって非常に重要です。 2つの拳サイズの腎臓は、薬物や不要な化合物を体から除去し、適切な塩と水のバランス、血圧、ビタミンD、骨の健康を維持する上で重要な役割を果たします。 遺伝的状態および一般的に投与される薬物でさえ、状況によっては腎臓を損傷する可能性があります。
米国では、成人の15％が腎臓病にかかっています。 しかし、腎臓病は症状が非常に進行するまで症状を示さないことが多いため、ほとんどの人はそれを知りません。 腎疾患の始まりを理解し、安全で効果的な新しい治療法を開発することが急務です。
ここワシントン大学では、腎臓のオンチップ研究チームは、薬局、薬学、腎臓学（腎臓医学）、毒物学、生化学、生体工学など、さまざまな分野の科学者で構成されています。
地元のバイオテクノロジー企業であるNortis、Inc.と提携して、チームは名刺サイズの小さなデバイスを作成しました。最大3本の小さなチューブがあり、それぞれが5, 000人の人間を含む1滴の水滴のサイズです。腎臓細胞。 チューブを通して微量の液体が送られると、腎臓細胞は重要な信号にさらされ、チップ内の細胞が生きている腎臓にあるかのように振る舞います。
腎臓細胞は、既知の腎臓毒素にさらされると、バイオマーカーと呼ばれる損傷のシグナルを放出することがわかりました。 私たちの研究は、チップ上の細胞が腎障害のある人の尿に一般的に見られる損傷のマーカーを放出することを示しました。 プレート上のセルを使用した古い方法でのテストでは、同じ処理で損傷は見られませんでした。 これは、新薬がヒトに腎障害を引き起こすかどうかを予測する際に、腎臓のチップが既存の方法よりも優れている可能性があることを示唆しています。
これらのデバイスは、分子が生きているヒト細胞にどのように影響するかをテストするのにより良い仕事をします。 （Alex Levine、CC BY-ND） **********
これらの有望な結果が得られたので、全国の科学チームがさまざまな臓器をつなげて、より複雑な多臓器システムを複製し始め、薬物が人々に与える影響についての洞察を深めています。 たとえば、アリストロキア酸と呼ばれるいくつかの漢方薬で使用される植物抽出物が腎臓細胞を損傷する方法を知るために、肝臓オンチップを腎臓オンチップに接続することができました。 このチップツーチップの調査は、人体の複雑な力学を再現するために相互接続されたチップ上の臓器の必要性を強化します。
来年、私たちの腎臓のオンチッププロジェクトは、低重力が細胞の変化を加速し、時には宇宙飛行士の健康問題を引き起こす国際宇宙ステーションに送られるいくつかのプロジェクトの1つになります。 宇宙ステーションは、数年または数十年ではなく、数週間で腎臓病の詳細を調べるのに最適な場所です。
臓器オンチップは、新薬の標的を発見するためにも使用できます。 私たちのチームは、腎臓がん、多発性嚢胞腎、慢性腎臓病の患者の薬物選択と投与を個人化するツールとして、腎臓のオンチップを評価しています。 全国のその他の臓器オンチップラボでは、免疫系、脳、肺、心臓、血管の疾患を研究しています。 協力することで、多数の研究チームがこの新技術を開発し、創薬に革命をもたらし、すべての人にとってより良い安全な医薬品の開発につながっています。
この記事はもともとThe Conversationで公開されました。
キャサリン・ヨン、ワシントン大学薬学部助教授
エドワード・ケリー、ワシントン大学薬学部准教授
ジョナサンヒメルファーブ、ワシントン大学腎臓研究所所長、医学教授
