Исследовательская группа из Корейского передового института науки и технологий (KAIST) разработала инновационную систему, обеспечивающую высокоточное моделирование физиологических взаимодействий между органами. Платформа позволяет детально изучать механизмы, лежащие в основе развития рабдомиолиза. Рабдомиолиз — это разрушение мышечной ткани, которое может быть вызвано различными этиологическими факторами: фармакологическим воздействием, экстремальными физическими нагрузками (например, марафонским бегом) или механической травмой (сдавлением мышц).
В ходе этого процесса в кровоток высвобождается структурный белок мышц — миоглобин. Хотя он является естественным веществом для организма, его избыточные концентрации обладают нефротоксическим действием и приводят к острой почечной недостаточности. До настоящего времени отслеживание прямого воздействия продуктов распада мышечной ткани на почки в режиме реального времени представляло собой серьёзную научную проблему.
Техническая конструкция и функциональность
Новая технология представляет собой модульный микрофлюидный чип сборного типа. Его ключевое преимущество заключается в том, что ткани органов функционально соединены между собой, но при необходимости могут быть легко разделены. Основанный на технологиях 3D-инженерии, компактный чип содержит трёхмерно смоделированную мышечную ткань и эпителиальные клетки проксимальных канальцев, играющие ключевую роль в функционировании почек.
Гибкость системы позволяет выращивать мышечную и почечную ткани независимо друг от друга в оптимальных для них условиях. Они соединяются только на этапе проведения эксперимента, чтобы обеспечить межорганное взаимодействие. Точность анализа дополнительно повышается за счёт возможности разъединения тканей после эксперимента, что позволяет учёным независимо и количественно оценивать изменения в каждом органе с максимальной точностью.
Экспериментальное тестирование лекарственных препаратов
Исследователи проверили эффективность системы на широко применяемых фармакологических препаратах, таких как аторвастатин (липидснижающее средство для контроля уровня холестерина) и фенофибрат. Следует отметить, что статины являются золотым стандартом профилактики сердечно-сосудистых заболеваний в современной медицине, а риск мышечных осложнений в клинической практике крайне низок.
Тем не менее, для изучения негативных эффектов, наблюдаемых в редких случаях, данный биочип предоставил учёным беспрецедентную возможность подробно наблюдать молекулярные механизмы повреждения мышечной ткани. Эта технология позволяет в лабораторных условиях моделировать редкие сценарии, которые ранее было трудно предсказать с помощью традиционных методов.
Испытания на чипе выявили значительные изменения на мышечном уровне: снизилась сократительная сила мышц, была нарушена структурная целостность тканей, а высвобождение маркеров повреждения, таких как миоглобин и CK-MM, резко возросло. Одновременно на уровне почек было установлено, что токсические вещества, высвобождаемые из мышц, вызывали гибель клеток. Кроме того, был зафиксирован резкий рост специфических биомаркеров повреждения — NGAL и KIM-1, что свидетельствует о развитии острой почечной недостаточности.
Значение достижения
Данное исследование, опубликованное в журнале Advanced Functional Materials, закладывает основу для раннего прогнозирования побочных эффектов лекарственных препаратов. По словам учёных, эта платформа будет способствовать развитию персонализированной медицины и более глубокому пониманию причин острого почечного повреждения, что в конечном итоге позволит минимизировать угрожающие жизни риски.
