Орган на чипе: микрофлюидная система для исследования лекарственных средств

Выведение новых лекарственных средств на отечественный фармацевтический рынок является трудоемким и финансово затратным процессом. Уже зарегистрированные лекарственные препараты различным образом действуют на пациентов, например, могут вызывать побочные действия или аллергические реакции, приводящие к летальному исходу. Доклинические исследования на животных являются дорогостоящими, отнимают много времени, а также их физиология не полностью соответствует человеческой физиологии. Помимо этого, существует проблема подбора препаратов для лечения пациентов в больницах и поликлиниках с учетом особенностей их организмов. В связи с этим востребована технология для подбора индивидуального курса медикаментозного лечения пациентов. Микрофлюидные системы в виде органов на чипе могут революционизировать процесс исследования и подбора лекарств, сделав его менее дорогостоящим и более безопасным, позволяя подбирать препараты персонально для каждого человека.

Научным коллективом Института биомедицинских систем НИУ МИЭТ разработана микрофлюидная система, предполагающая дозирование микропотоков лекарственных средств к высаженным на нее живым клеткам различных органов человека. Инновационность разработки заключается в разработанном полимерном материале на основе углеродных нанотрубок. Такой материал обеспечивает нелинейное взаимодействие с лазерным излучением, что позволяет создавать микроканалы с заданными геометрическими параметрами. В результате применения данной технологии достигается снижение как времени, так и стоимости исследования, низкой скорости потока жидкости по сравнению с ближайшими аналогами.

Микрофлюидная система для подачи лекарственных средств состоит из прозрачной композитной полимерной пластины с системой микроканалов, созданных лазерным излучением, микронасоса, обеспечивающего ток жидкости по каналу, источника переменного тока с электродами для управления микронасосом и микроскопа для наблюдения за процессом подачи лекарственных средств. Общая схема изготовления микрофлюидных каналов для дозирования лекарственных средств включает в себя: подготовку подложки, формирование системы каналов и их герметизацию, установку микронасоса.

Подложка представляет собой пластину из полимерного композитного материала. Для создания такого материала в качестве основы для микрофлюидной системы был выбран материал полиметилметакрилат (ПММА) с углеродными нанотрубками (УНТ). Особое внимание уделено параметрам лазерного излучения, которое используется для формирования микроканалов. Мощность, длина волны, частота следования импульсов подбирались по результатам математического моделирования. Использование лазерного излучения достаточной мощности приводит к формированию отверстий. Задав нужную траекторию луча, можно осуществлять формирование микроканалов различной длины и формы.

Функционирование микрофлюидной системы для исследования лекарственных средств происходит следующим образом. Сначала пластина с микроканалами, подключенным микронасосом и нанесенными клетками определенного органа помещается в инкубатор, где происходит культивирование клеток. После этого пластина герметизируется и помещается на столике микроскопа для наблюдения за процессом дозирования и лекарственное средство добавляется в микроканал с помощью дозатора. Затем запускается микронасос, подключенный к источнику переменного тока, и обеспечивается передвижение жидкости по каналу до области культивирования клеток.

На сегодняшний день на отечественном рынке медицинских изделий нет отечественных аналогов такой микрофлюидной системы. Конкурентоспособность продукции оценивается как высокая, благодаря следующим факторам: низкая стоимость по сравнению с ближайшими аналогами, позволяет проводить наиболее быстрые анализы взаимодействия клеток органов человека с лекарственными средствами по сравнению с аналогами. Таким образом, выведение на рынок медицинских изделий разработанной микрофлюидной системы, в частности, пластин с микроканалами позволит произвести импортозамещение доступных на сегодняшний день зарубежных аналогов.