צוות מחקר במרכז RIKEN לחקר דינמיקה של ביו-מערכות (BDR) ביפן הצליח להקים מודל של מחסום הדם-מוח באמצעות רקמה מודולרית שמקורה בתאי אדם. ה-"Tissue-in-a-CUBE" הוא מבנה מעוקב קטן שיכול לספק דחיפה בתחום גילוי התרופות ולשמש כחלופה למודלים של בעלי חיים במחקרים פרה-קליניים. המחקר פורסם ב ביולוגיה של תקשורת ב-28 בפברואר.
מחסום הדם-מוח הוא שומר סף קפדני סביב המוח שמונע מחומרים זרים בדם להיכנס למוח. למרות שהוא מגן, המחסום מציב אתגרים כאשר הטיפולים צריכים להשפיע על המוח כדי לעבוד. כאשר מפתחים תרופות לטיפול במחלות מוח, חשוב אפוא לא רק לבדוק את יעילות התרופה בתוך המוח, אלא גם לאשר שהתרופה יכולה לעבור את המחסום.
פיתוח תרופות חדשות גוזל זמן ויקר. בשלבים המוקדמים, הפרה-קליניים, השיטות הקונבנציונליות מסתמכות על ניסויים בבעלי חיים. עם זאת, הבדלים בין בעלי חיים לבני אדם מקשים לפעמים לחזות את יעילות התרופה בבני אדם וכן תופעות לוואי מזיקות. יחד עם העלייה במספר התקנות המסדירות ניסויים בבעלי חיים, בעיות אלו עודדו חוקרים לפתח שיטות מחקר שאינן מסתמכות על ניסויים בבעלי חיים, כגון שימוש באורגנואידים-; מבנים המחקים איברים אנושיים, כמו גם איברים-על-א. -שבב, במטרה אולטימטיבית ליצור איברים אנושיים מלאכותיים לשימוש חיצוני.
מתוך מחשבה על כך, צוות המחקר בראשות Masaya Hagiwara ב-RIKEN BDR פיתח מודל חדש של מחסום הדם-מוח באמצעות מערכת מסוג CUBE שהקימו לאחרונה עבור מודולריזציה של רקמות אנושיות שונות. שחזור רקמות מרובות בו-זמנית וניתוח האינטראקציות ביניהן הוא מאתגר ביותר מכיוון שתרופות צריכות לחצות סוגים שונים של רקמות לפני ההגעה לאזור היעד, אך גם חשובה ביותר. במקרה של מחסום דם-מוח, תרופות חייבות לעבור דרך תאי אנדותל כלי דם, אסטרוציטים ופריציטים לפני שהן יכולות להיכנס למוח.
כדי לבנות את מודל מחסום הדם-מוח, החוקרים יצרו מסגרות CUBE בגודל 5 מ"מ, מילאו אותן בהידרוג'ל המוטבעים באסטרוציטים ופריציטים שמקורם במוח האנושי, וזרעו תאי אנדותל כלי דם שהתמיינו מתאי גזע פלוריפוטנטיים (iPS) המושרים על ידי האדם. פני השטח ליצירת גיליונות תאים. לאחר מכן הם בדקו את המכשיר. לפי Hagiwara, "שמחנו לגלות שהוא מחקה במדויק את מחסום הדם-מוח האמיתי מבחינת מבנה ותפקוד: כאשר אסטרוציטים ופריציטים משתרעים בתלת מימד מתחת ליריעת תאי האנדותל, ושכמו המחסום האמיתי, הוא אפשר רק לחומרים מוגבלים עובר דרך."
תכונה חשובה אחת של מסגרת CUBE היא שניתן לתפעל אותה בקלות עם מלקחיים, מה שמאפשר טיפול נוח במודל מחסום הדם-מוח, כאשר גידול תאים מבוצע בצלחת תרבית תאים רגילה. לאחר ההבשלה, הרקמה שולבה עם רקמות מוכנות אחרות בשבב נוזלי כדי לנתח אינטראקציות בין רקמות, ובכך השתלבה בפלטפורמת Tissue-in-a-CUBE המודולרית שהוקמה בעבר.
כדי להדגים את התועלת של המערכת לפיתוח תרופות, הקבוצה ערכה ניסויי סקר תרופות. תאי גידול במוח תורבו במיכל CUBE כדי להכין מודול גידול במוח. מחסום הדם-מוח והמודולים של גידול המוח הועברו לאחר מכן לשבב נוזלי וחוברו. מערך זה אפשר לחוקרים לאמת כמה מתרופה אנטי סרטנית יכולה לעבור דרך המחסום, להגיע לגידול במוח ולהפעיל את השפעתו.
גישה חדשנית זו מציעה אלטרנטיבה מבטיחה לניסויים בבעלי חיים עבור בדיקות חיוניות לפיתוח תרופות, הכוללות הבנה של התנהגות, יעילות ובטיחות התרופות. הפלטפורמה המודולרית שלנו יכולה להיות מותאמת למחלות שונות, כולל מחלות נוירודגנרטיביות הקשורות לגיל כמו אלצהיימר ופרקינסון. בעתיד אנו מתכננים לעצב ולשכפל קשרים בין אורגנואידים שונים".
מסאיה הגיווארה ב-RIKEN BDR
