Tidlig in vitro -test for negative virkninger på embryoner

ETH -forskere har kombineret embryonale celler og leverceller i en ny cellekulturtest. Denne kombination lader dem opdage bivirkninger, som nye lægemidler kan have på embryoner tidligt i lægemiddeludviklingsprocessen.

Medicin skal være sikkert for kommende mødre og for deres ufødte børn. Inden myndighederne godkender et nyt lægemiddel, det skal testes i dyreforsøg på drægtige gnavere og, som regel, gravide kaniner. Forskere ved Institut for Biosystems Science and Engineering ved ETH Zürich i Basel har nu udviklet en test, der giver dem mulighed for at undersøge et lægemiddels embryotoksicitet i cellekulturer i stedet for dyr.

Den nye test erstatter endnu ikke de dyreforsøg, der er lovligt påkrævet som en del af godkendelsesprocessen for medicin. Imidlertid, da den nye procedure er enkel, hurtig, og billigt, forskere vil kunne bruge det i fremtiden til at teste et stort antal lægemiddelkandidater på et tidligt stadie af udviklingsprocessen. Stoffer, der er skadelige for embryoner, vil således blive påvist tidligt i lægemiddeludviklingsprocessen og ikke kun i embryotoksicitetsundersøgelser i dyreforsøg. Fordi de er så dyre, dyreforsøg udføres først meget senere i lægemiddeludviklingsprocessen med kun omhyggeligt forudvalgte potentielle lægemiddelkandidater. Da den nye test lukker tidligere mislykkede lægemiddelkandidater ud, det kan hjælpe med at reducere omkostninger og reducere antallet af dyreforsøg.

Cellekulturtest med stamceller

Den nye procedure er en avanceret form for embryonale stamcelletest, hvori stoffer testes in vitro på såkaldte embryoide legemer. Disse tredimensionelle klumper af celler dannes fra embryonale stamceller-i dette tilfælde fra en mus - og gennemgå de første faser af embryonal udvikling over en periode på ti dage. Ingen levedygtige embryoner kan produceres fra disse celler.

Anført af ETH -professor Andreas Hierlemann, forskergruppen har nu udvidet denne embryonale stamcelletest til at omfatte humant levervæv. "Der er en lang række stoffer, der ikke er giftige i deres oprindelige form, men kan omdannes til ugunstige stoffer ved det menneskelige stofskifte - især i leveren, "forklarer Julia Boos, en doktorand i Hierlemanns gruppe og hovedforfatter af undersøgelsen, som er blevet offentliggjort i tidsskriftet Avanceret videnskab . I modsætning til den konventionelle embryonale stamcelletest, den nyudviklede test kan påvise stoffer af denne art.

Krop på en chip

Fra begyndelse til slut, den nye test finder sted i sin helhed på en enkelt cellekulturchip, som er udstyret med forskellige rum. Rummene indeholder mikrotissuesfærer, dannet af humane leverceller ved ETH-spin-off InSphero, og embryo -legemer, vokset fra musestamceller. Levermikrotissuerne og embryoide legemer har en diameter på cirka en halv millimeter og placeres i forskellige rum, som er forbundet via mikrokanaler for at sikre en konstant væskeudveksling mellem de forskellige grupper af celler.

"Vi er de første til direkte at kombinere lever- og embryonale celler i en krop-på-en-chip-tilgang, "Siger Boos. Ligesom en gravid kvindes kredsløbssystem forbinder de metaboliske processer i hendes lever med dem i hendes udviklende embryo, dette tilsluttede system sikrer konstant interaktion mellem levercellerne og embryonale celler. "Metabolitter skabt af levercellerne - herunder metabolitter, der er stabile i blot et par minutter - kan således virke direkte på de embryonale celler, "Siger Boos. Hun forklarer, at at kombinere de to i en enkelt chip giver en forbedring i forhold til andre eksisterende in vitro -test, som undersøger metabolisering af stoffer i leveren adskilt fra de virkninger, som disse metabolitter har på embryonale celler.

Boos fortsætter med at beskrive en anden fordel ved den nye test:"I modsætning til test på levende gravide mus, i vores test, stofferne metaboliseres af humane leverceller - med andre ord, ligesom de ville være i menneskekroppen, når medicinen administreres. "Hun påpeger, at dette er relevant, da mennesker og mus har forskellige metabolisme.

Videreudvikling til testning med høj kapacitet

Forskerne demonstrerede effektiviteten af ​​den nye test ved hjælp af cyclophosphamid. Dette kemoterapeutiske lægemiddel har praktisk talt ingen effekt i sin grundform, men leveren omdanner det til et stof, der er giftigt for celler. To tests blev udført med cyclophosphamid:en inkluderede den nyudviklede lever/embryoide kropstest, og de andre involverede embryoiske kroppe alene uden levermikrotissuer. Hvad disse tests afslørede, var, at en firdoblet lavere koncentration af cyclophosphamid var tilstrækkelig til at have en negativ effekt på udviklingen af ​​embryoide legemer, når der var levervæv i det samme miljø.

Nu, forskerne har brug for at forfine testen yderligere, før den kan anvendes i lægemiddeludvikling. De er særligt opmærksomme på de materialer, der bruges i testen ud over, hvor godt procedurerne kan automatiseres. Automatisering ville være nødvendig, hvis lægemiddelindustrien eller andre forskere kunne implementere testen i stor skala til screening af lægemiddelkandidater med stor gennemstrømning. Ud over, forskerne ønsker at udvikle en test, der bruger omprogrammerede humane stamceller (kendt som iPS -celler) i stedet for musestamceller. Derefter ville de have en in vitro -test udelukkende baseret på humant væv.