Klinik Öncesi İlaç Testinde Etkili Olabilecek Yöntem Organ-On-A-Chip

İlaç geliştirme son derece zorlu ve maliyetli bir süreçtir ve test edilen ilaçların %13,8’i nihai klinik başarı gösterir ve ABD Gıda ve İlaç İdaresi(FDA) tarafından onay alır. Buradaki asıl sorun, klinik öncesi ilaç testinin kusurlu doğasıdır. Çünkü bu, ilaç adaylarının insanlar üzerinde test edilebilmesinden önce toksik etkileri önceden belirlenmiş konsantrasyonları ve uygulama yollarını hariç tutmayı amaçlar. Yeni ilaçların insan vücudunda nasıl hareket ettiği bundan nasıl etkilendiği, hayvan ve standard in vitro çalışmalarda doğru sonuçlar elde edilemeyebilir.

Harvard Üniversitesi'nin Wyss Biyolojik İlhamlı Mühendislik Enstitüsü kurucu direktörü Prof. Donald Ingber, Sagol Nörobilim Okulu Bölümü'nden Dr. Ben Maoz ve 50'den fazla meslektaşının liderliğinde, ilaç geliştirmedeki bu darboğazın çözülmesine yardımcı olmak ve gerçekten de ümit vadeden ilaçlara daha etkin bir zemin hazırlamak için çoklu Organ-on-a-Chip’i tasarladılar. Bu insan ilaç farmakolojisinin etkili in vitro-in-vivo translasyonunu (IVIVT) sağlayan platformdur.

Prof. Ingber ve Prof. Kevin Kit Parker göre bu platform, ilaçların insan kullanımı için test edilmesine pratik, güvenilir ve ilgili bir sistem sağlayarak ilaç geliştirmedeki mevcut sınırlamalar arasındaki boşluğu kapatmaya yarayacaktır.

İki çalışmanın ilkinde, bilim adamları, insan vücudundaki organlar arasındaki kan akışını taklit edecek şekilde bireysel Organ Çiplerini bağlamak için robotik bir sıvı transfer cihazı olan Interrogator’u geliştirdiler.

Organ Çiplerinin İşleyişi ve Sağladığı Kolaylıklar

Organ Çipleri, gözenekli bir zar ile ayrılmış ve bağımsız olarak hücre tipine özel ortam ile perfüze edilmiş iki paralel çalışan içi boş kanal içeren, bilgisayar bellek çubuğunun büyüklüğünde, şeffaf, esnek bir polimerden oluşan mikro akışkan cihazlardır. Kanallardan biri, parankimal kanal, belirli bir insan organından veya fonksiyonel organ yapısından hücrelerle kaplanırken, diğeri bir kan damarı gösteren vasküler endotelyal hücrelerle kaplıdır. Membran, iki bölmenin birbirleriyle iletişim kurmasına ve sitokinler ve büyüme faktörleri gibi moleküllerin yanı sıra organa özgü metabolik aktiviteler tarafından üretilen ilaç ve ilaç ürünlerinin değiş tokuşuna izin verir.

Ekip daha sonra Interrogator otomatik bağlantı platformunu ve iki ilacı test etmek için üç bağlantılı organa geliştirdikleri yeni bir hesaplama modelini uyguladı: nikotin ve sisplatin.

Prof. Ingber, insan vücudundaki Chip-on yaklaşımları için çeşitli dokularla yaklaşımımızın modülerliği ve çoklu doğrulanmış Organ Çiplerinin kullanılabilirliği artık ilaçların farmakolojisi hakkında gerçekçi tahminler yapmak için daha geniş kapsamlı stratejiler geliştirmemize olanak sağlıyor ve gelecekteki kullanımı Faz I klinik çalışmaların başarı oranlarını büyük ölçüde artırabilir diye belirtiyor.

Araştırmacılar, nikotinin oral alımını ve yaygın bir kemoterapi ilacı olan sisplatin'in intravenöz alımını insan farmakokinetik, farmakodinamik parametrelerinin son derece kantitatif tahminleri ile ilgili organlardan ilk geçişini doğru bir şekilde modellemişlerdir.

Sonuçta hesaplanan maksimum nikotin konsantrasyonları, nikotinin farklı doku kompartımanlarına ulaşması için gereken süre ve siliko modelimizde in vitro bazlı karaciğer çiplerindeki klirens oranları hastalarda ölçülenleri yakından yansıttı diye belirtti Maoz.

Çok disiplinli araştırma olan bu proje, Wyss Enstitüsü’de bir Savunma Gelişmiş Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA)’nın doruk noktasıdır. Prof. Inberg’inde dahil olduğu bir çok çalışan ticari olarak Organ Çipleri teknolojisini geliştirmek için Wyss Enstitüsünün bir kolu olan Emulate, Inc.’de çalışmaya devam etmektedir.