"Chip phổi" và triển vọng thay thế nghiên cứu trên động vật

Các nhà nghiên cứu tại Học viện ứng dụng sinh học sáng tạo Wyss (Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering) của trường Đại học Harvard đã mô phỏng chứng phù phổi trong một vi mạch được lót bởi những tế bào sống của con người, theo một báo cáo ngày 7/11 trên tạp chí Khoa học chuyên về y khoa (Science Translation Medicine).

Họ đã sử dụng “chip phổi” (lung–on-a-chip) để nghiên cứu độc tính của thuốc và xác định tiềm năng các liệu pháp mới để ngăn chặn tình trạng đe dọa tính mạng này.

Nghiên cứu này cung cấp thêm bằng chứng rằng các chip hữu cơ có tiềm năng lớn để thay thế các phương pháp tiếp cận truyền thống về nghiên cứu và phát triển các loại thuốc.

Bác sĩ Y sinh, tiến sĩ Donald Ingber, giám đốc sáng lập của Viện Wyss và là tác giả chính của nghiên cứu nói: "Các công ty dược phẩm lớn dành rất nhiều thời gian và tiền của để nuôi cấy tế bào và thử nghiệm trên động vật nhằm phát triển các loại thuốc mới, nhưng những phương pháp này thường thất bại để dự đoán các ảnh hưởng của thuốc khi thuốc tiếp cận với con người”.

Các chip phổi được nhóm nghiên cứu mô tả chỉ 2 năm trước, là một polymer tinh thể linh hoạt và rõ ràng về kích thước của một thanh bộ nhớ có chứa các rãnh rỗng chế tạo bằng cách sử dụng các kỹ thuật sản xuất vi mạch máy tính. Hai trong số các rãnh được phân cách bởi một màng mỏng, linh họat và xốp mà trên một mặt được lót bằng các tế bào phổi của con người lấy từ túi không khí và tiếp xúc với không khí, tế bào máu mao mạch được đặt ở phía bên kia với dòng chảy trung bình trên bề mặt của chúng. Chip phổi này có thể mô phỏng sự co giãn như khi con người thở.

Tiến sĩ Dongeun Huh, Viện sĩ phát triển kỹ thuật viện Wyss, đồng thời giữ một chức vụ ở Bệnh viện nhi Boston và Trường Y Harvard, đã nghiên cứu một loại thuốc hóa trị liệu ung thư gọi là interleukin-2 (hoặc viết tắt là IL-2) trong một chip phổi. Tác dụng phụ chính của IL-2 là bệnh phù phổi, đó là tình trạng gây chết người trong đó phổi chứa đầy chất lỏng và các cục máu đông (tràn dịch màng phổi).

Khi IL-2 được tiêm vào các rãnh máu của chip phổi, chất lỏng thấm qua màng và hai lớp mô, giảm thể tích không khí trong một rãnh khác và ảnh hưởng đến vận chuyển oxy trong máu. Protein huyết tương trong máu cũng vượt qua vào rãnh không khí, dẫn đến sự hình thành các cục máu đông, như chúng đã làm ở người được điều trị với IL-2.

Kết quả nghiên cứu là một sự ngạc nhiên. Nó cho thấy các hoạt động vật lý của việc thở tăng cường các tác động của IL-2 trong bệnh phù phổi. Đây là điều mà các nhà khoa học chưa từng nghi ngờ. Kết quả nghiên cứu gợi ý các bác sĩ nên giảm khối lượng sóng không khí được đẩy vào phổi để giảm tác dụng phụ tiêu cực của thuốc này.

Các tác giả khác tham gia vào nghiên cứu gồm nhà nghiên cứu bậc sau tiến sĩ Daniel Leslie; tiến sĩ, bác sĩ y sinh Benjamin Matthews, trợ lý giáo sư nhi khoa trong Chương trình Sinh học mạch máu tại Bệnh viện nhi Boston và Trường Y Harvard cùng nhiều tác giả khác.

Công trình này được tài trợ bởi Viện Y tế Quốc gia (NIH) và Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA), Cơ quan Các dự án nghiên cứu tân tiến của bộ quốc phòng (DARPA), và Học viện ứng dụng sinh học sáng tạo Wyss tại Đại học Harvard.