Każdego roku ponad 100 milionów zwierząt jest wykorzystywanych w eksperymentach laboratoryjnych na całym świecie science.rspca.org.uk. Jednak pomimo takiej skali testów na zwierzętach, około 90% kandydatów na leki, które wydają się obiecujące u zwierząt, ostatecznie nie sprawdza się w badaniach na ludziach cen.acs.org. Na scenę wkracza technologia organ-on-a-chip – nowatorska alternatywa, której celem jest naśladowanie ludzkich organów na mikroczipach i radykalna poprawa testowania leków bez potrzeby używania zwierząt laboratoryjnych. Te maleńkie urządzenia, wyłożone żywymi ludzkimi komórkami, potrafią odtworzyć kluczowe funkcje serca, płuc, wątroby i innych narządów, oferując platformę testową bardziej adekwatną do ludzkiego organizmu. Regulatorzy i naukowcy zwracają na to uwagę: nowe przepisy i polityki zachęcają do metod niezwiązanych ze zwierzętami, firmy ścigają się w opracowywaniu systemów organ-on-chip, a eksperci określają to podejście jako potencjalny punkt zwrotny dla medycyny i dobrostanu zwierząt. W tym raporcie wyjaśnimy, czym jest technologia organ-on-a-chip, jak działa, najnowsze przełomy naukowe, jej zalety w porównaniu z tradycyjnymi testami na zwierzętach, stojące przed nią wyzwania, globalne zmiany regulacyjne, aktywność branży oraz etyczne implikacje przyszłości z testowaniem leków bez udziału zwierząt.
Czym jest technologia Organ-on-a-Chip i jak działa?
Organ-on-a-chip (OOC) to miniaturowe urządzenie, często wielkości pendrive’a lub szkiełka mikroskopowego, które zawiera maleńkie puste kanały wyłożone żywymi ludzkimi komórkami, aby symulować funkcje prawdziwego organu cen.acs.org, clarivate.com. W istocie badacze umieszczają ludzkie komórki (np. komórki płuc, wątroby, mózgu itd.) w mikroinżynieryjnej komorze, która zapewnia środowisko 3D zbliżone do ludzkiego ciała. Komory te są częścią mikroprzepływowej sieci – maleńkich kanałów, przez które nieustannie przepływają składniki odżywcze, tlen i sygnały biochemiczne, podobnie jak krew płynąca przez naczynia nist.gov. Mikroczip może także odtwarzać siły mechaniczne, aby naśladować ruchy narządów: na przykład lung-on-a-chip może rytmicznie rozciągać i rozluźniać błonę komórkową, aby symulować ruchy oddechowe gao.gov.
Urządzenia typu organ-on-a-chip nie są elektronicznymi chipami krzemowymi, lecz przezroczystymi, elastycznymi polimerami, na których mogą rosnąć i oddziaływać komórki. Tworzą one „zminiaturyzowane środowisko fizjologiczne” dla komórek, co oznacza, że komórki doświadczają warunków (przepływ płynów, odżywianie, stres mechaniczny) podobnych do tych panujących w prawdziwym ludzkim organie nist.gov. Ponieważ można uwzględnić wiele typów komórek, chip organowy może odtwarzać złożone interfejsy tkankowe. Na przykład chip płucny może mieć warstwę komórek pęcherzykowych po jednej stronie porowatej membrany i komórki naczyń włosowatych po drugiej, umożliwiając interakcję taką jak w prawdziwych płucach. Chip wątroby może zawierać hepatocyty (komórki wątroby) wraz z komórkami śródbłonka i komórkami układu odpornościowego (komórki Kupffera), aby odwzorować mikroarchitekturę wątroby clarivate.com. Te chipy są utrzymywane przy życiu w inkubatorach, a czujniki lub mikroskopy mogą monitorować, jak „mini organ” reaguje na leki, substancje chemiczne lub warunki chorobowe w czasie rzeczywistym.
Poprzez naśladowanie mikrośrodowiska ludzkiego organu, chipy organowe pozwalają naukowcom bezpośrednio obserwować reakcje ludzkich komórek bez narażania żywej osoby lub zwierzęcia na ryzyko nist.gov. W praktyce stanowią pomost między tradycyjnymi testami in vitro (komórki w naczyniu) a testami in vivo (zwierzęta), oferując kontrolowany, oparty na człowieku system testowy. „To się nazywa organ-on-a-chip i polega na hodowaniu prawdziwej tkanki ludzkiego organu na małej strukturze, która naśladuje to, czego doświadczałaby ta tkanka w ciele” – wyjaśnia raport Amerykańskiego Narodowego Instytutu Standaryzacji i Technologii nist.gov. Nadzieją jest, że te chipy będą przewidywać, jak lek wpływa na ludzkie organy, dokładniej niż modele zwierzęce. Naukowcy zbudowali już chipy dla wielu pojedynczych organów – płuc, wątroby, serca, nerek, jelit, mózgu, skóry i innych – z których każdy odzwierciedla kluczowe aspekty biologii danego organu clarivate.com.
Warto zauważyć, że naukowcy łączą również wiele chipów narządowych, aby symulować większe fragmenty ludzkiej fizjologii. Te wielonarządowe systemy „ciało-na-chipie” łączą mikroprzepływ krwi kilku przedziałów narządowych, dzięki czemu wyjście jednego chipa (np. metabolizm leku w wątrobie) trafia do wejścia innego (np. wpływ na serce lub nerki) gao.gov. W jednym przełomowym pokazie zespół z Uniwersytetu Columbia połączył cztery ludzkie tkanki narządowe (serce, wątrobę, kość i skórę) na jednym chipie z krążącym płynem naśladującym krew oraz komórkami układu odpornościowego, skutecznie tworząc zminiaturyzowany model ludzkiej fizjologii engineering.columbia.edu. Całe urządzenie miało rozmiar jedynie szkiełka mikroskopowego, a mimo to utrzymywało tkanki przy życiu i umożliwiało ich komunikację przez tygodnie – to ogromny krok w kierunku modelowania złożonych, układowych chorób poza organizmem. „To dla nas ogromne osiągnięcie… w końcu opracowaliśmy platformę, która skutecznie odzwierciedla biologię interakcji narządów w ciele,” powiedziała kierująca projektem profesor Gordana Vunjak-Novakovic engineering.columbia.edu. Takie postępy wskazują na przyszłość, w której „człowiek-na-chipie” mógłby być używany do testowania, jak nowy lek może wpływać na wiele układów narządowych, zanim zostanie podany człowiekowi lub zwierzęciu.
Najnowsze przełomy i osiągnięcia naukowe
Technologia organ-on-a-chip przeszła w ciągu ostatniej dekady szybki rozwój – od koncepcji do rzeczywistości, a ostatnie lata przyniosły nadzwyczajne przełomy. Jednym z głośnych osiągnięć było opracowanie chipów wielonarządowych, o których wspomniano powyżej. W 2022 roku naukowcy ogłosili stworzenie pierwszego wielonarządowego chipa typu plug-and-play z kilkoma dojrzałymi ludzkimi tkankami połączonymi przepływem naczyniowym engineering.columbia.edu. System ten pozwalał różnym tkankom narządowym „rozmawiać” ze sobą chemicznie, tak jak dzieje się to w naszych ciałach. Co istotne, wszystkie tkanki pochodziły z tych samych ludzkich komórek macierzystych, co oznacza, że chip skutecznie naśladował biologię konkretnego pacjenta – otwierając drogę do prawdziwie spersonalizowanego testowania leków w przyszłości engineering.columbia.edu. Możliwość utrzymania funkcjonalności wielu narządów przez tygodnie na chipie to ogromny postęp techniczny; wymagało to innowacyjnych rozwiązań, by zapewnić każdej tkance jej optymalne środowisko, przy jednoczesnej wymianie sygnałów przez wspólny „krwiobieg” na chipie engineering.columbia.edu. To osiągnięcie przyciągnęło uwagę, ponieważ pozwala modelować złożone choroby (takie jak przerzuty nowotworowe obejmujące wiele narządów czy interakcje leków między sercem a wątrobą), których pojedyncze chippy narządowe nie są w stanie uchwycić.
Poza integracją wielonarządową, naukowcy poszerzają możliwości modeli organ-on-a-chip na inne sposoby. Na przykład nowe projekty chipów coraz częściej zawierają czujniki i techniki obrazowania, które umożliwiają ciągłe monitorowanie reakcji tkanek (takich jak aktywność elektryczna komórek serca czy poziom tlenu w chipie płucnym) w czasie rzeczywistym. Obserwuje się także tendencję do integracji sztucznej inteligencji (AI) i modeli komputerowych z chipami narządowymi. Algorytmy AI mogą pomagać w projektowaniu bardziej przewidywalnych eksperymentów i analizie złożonych danych generowanych przez chippy narządowe clarivate.com. W niedawnym artykule zauważono, że postępy w AI poprawiają projektowanie eksperymentów i interpretację danych w organ-on-a-chip, co sugeruje, że inteligentne algorytmy mogą zoptymalizować wykorzystanie tych chipów do dokładniejszego przewidywania efektów działania leków clarivate.com.
Naukowcy badają również techniki 3D-bioprintingu, aby tworzyć systemy organ-on-chip o jeszcze większym realizmie blogs.rsc.org. Bioprinting pozwala na tworzenie trójwymiarowych struktur tkankowych (takich jak miniaturowe guzy czy fragmenty mięśnia sercowego), które następnie umieszcza się w chipach, łącząc zalety inżynierii tkankowej z mikrofluidyką. Tymczasem trwają prace nad osiągnięciem standaryzacji w tej rozwijającej się dziedzinie, aby wyniki były porównywalne między laboratoriami. Na początku 2024 roku grupa robocza kierowana przez NIST opublikowała wytyczne mające na celu standaryzację projektowania i pomiarów organ-on-a-chip, zauważając, że wiele zespołów stosowało różne protokoły, a nawet terminologię, co utrudniało porównywanie wyników nist.gov. Ustanawiając wspólne standardy i najlepsze praktyki, społeczność dąży do przyspieszenia rozwoju i zapewnienia, że dane z organ-on-chip będą wystarczająco solidne do powszechnego wykorzystania.
Co istotne, systemy organ-on-a-chip to nie tylko ciekawostki laboratoryjne – już teraz przynoszą odkrycia naukowe i w niektórych przypadkach przewyższają starsze modele. Na przykład badania wykazały, że organ-on-chip potrafią odtworzyć specyficzne dla człowieka reakcje na leki, które zostały przeoczone w testach na zwierzętach. W jednym z badań nerka-na-chipie prawidłowo przewidziała toksyczność nerkową leku, który wydawał się bezpieczny w badaniach na zwierzętach, ale później okazał się szkodliwy dla ludzi clarivate.com. Inny zespół, używając naczynia krwionośnego-na-chipie, był w stanie wykryć tendencję pewnego leku przeciwciałowego do wywoływania niebezpiecznych zakrzepów krwi – efekt uboczny, który pojawił się tylko w badaniach na ludziach, a nie w testach na zwierzętach, ale model chipowy skutecznie go odtworzył clarivate.com. Tego typu przełomowe odkrycia stanowią dowód na to, że organ-on-chip mogą ujawniać efekty leków, które są pomijane przez tradycyjne metody. Naukowcy opracowali modele organ-on-chip dla chorób od infekcji płuc po Alzheimera i raka, umożliwiając eksperymenty na ludzkich analogach tkanek tych schorzeń. Przykładowo, chipy z organoidami mózgu (czasem nazywane „mini-mózgami na chipach”) są wykorzystywane do badania bezpieczeństwa neurologicznego leków: badanie farmaceutyczne wykazało, że ludzki model mini-mózgu może wiarygodnie wykrywać neurotoksyczne skutki uboczne dziesiątek znanych leków cen.acs.org. Szybki postęp w takich systemach mikrofiologicznych daje naukowcom nowe narzędzia do badania biologii i testowania terapii w sposób, który jeszcze kilka lat temu nie był możliwy.
Korzyści w porównaniu z tradycyjnymi testami na zwierzętach
Technologia organ-on-a-chip oferuje ogromne zalety w porównaniu z tradycyjnymi testami na zwierzętach, rozwiązując wiele ograniczeń i problemów, które od dawna nękają badania oparte na zwierzętach. Przede wszystkim chodzi o kwestię odniesienia do człowieka. Ponieważ chipy narządowe wykorzystują prawdziwe ludzkie komórki i odtwarzają aspekty funkcjonowania ludzkich narządów, ich wyniki są często bardziej bezpośrednio stosowalne do pacjentów. Dla porównania, nawet najlepsze modele zwierzęce mogą różnić się od ludzi w kluczowych aspektach. Leki, które działają na myszach, często zawodzą u ludzi, a niebezpieczne skutki uboczne mogą nie ujawniać się u zwierząt z powodu różnic gatunkowych. W rzeczywistości około 9 na 10 kandydatów na leki, które przechodzą testy na zwierzętach, ostatecznie nie sprawdza się w badaniach klinicznych na ludziach z powodów bezpieczeństwa lub skuteczności cen.acs.org. Tak wysoki odsetek niepowodzeń jest silnym dowodem na to, że modele zwierzęce są niedoskonałymi substytutami ludzkiej biologii. „Ludzki mózg jest niesamowicie złożony… Zwierzęta po prostu nie mają mózgu, który byłby choćby zbliżony do ludzkiego”, zauważa Alif Saleh, dyrektor generalny firmy zajmującej się organoidami na chipie. „Myśl, że mózg myszy lub szczura… może przewidzieć, jak ludzki mózg zareaguje na dany lek – to niewiarygodne” cen.acs.org. Testując na tkankach pochodzenia ludzkiego w chipach narządowych, naukowcy mogą uzyskać wyniki, które lepiej przewidują, co wydarzy się u prawdziwych pacjentów, zwłaszcza w przypadku złożonych, specyficznych dla człowieka narządów, takich jak mózg.
Te istotne dla człowieka spostrzeżenia mają realne znaczenie dla bezpieczeństwa leków. Chipy narządowe już wykazały zdolność wykrywania toksycznych efektów, które umknęły zwierzętom. Na przykład, badanie z użyciem ludzkiej wątroby na chipie było w stanie zidentyfikować 87% znanych leków powodujących uszkodzenie wątroby u ludzi cen.acs.org, co stanowi znaczącą poprawę w stosunku do wyników testów na zwierzętach. Chipy mogą również wykorzystywać komórki specyficzne dla pacjenta (takie jak indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste od chorego pacjenta), umożliwiając testowanie reakcji na leki na modelach odzwierciedlających genetyczne i chorobowe osobliwości rzeczywistych grup pacjentów. Może to zmniejszyć ryzyko nieoczekiwanych działań niepożądanych, gdy lek wchodzi w fazę badań klinicznych.
Kolejną dużą zaletą jest szybkość i wydajność. Tradycyjne testy na zwierzętach dotyczące bezpieczeństwa leków mogą trwać lata i kosztować miliony dolarów za jeden związek theregreview.org. Utrzymywanie kolonii zwierząt laboratoryjnych, prowadzenie długotrwałych badań i analiza wyników to powolny i kosztowny proces. Systemy organ-on-a-chip, po wdrożeniu, często mogą generować dane szybciej i przy użyciu mniejszych ilości badanego leku. Opracowywane są zautomatyzowane odczyty i platformy chipów o wysokiej przepustowości (z wieloma równoległymi testami mikroorganów na jednej płytce), które pozwalają na znacznie szybsze przesiewanie związków niż przy użyciu zwierząt. Choć technologia ta wciąż się rozwija, istnieje nadzieja, że zestaw chipów z ludzkimi organami może pewnego dnia zastąpić trwające miesiącami badania na zwierzętach szybszymi testami in vitro, oszczędzając czas i zasoby w procesie opracowywania leków. Badanie cytowane przez FDA wykazało, że komputerowe modele ludzkich komórek serca przewidywały niektóre skutki uboczne dla serca z dokładnością 89%, podczas gdy testy na zwierzętach osiągały jedynie 75% dokładności clarivate.com, co podkreśla potencjał nowych metod nie tylko do szybszego, ale i dokładniejszego przewidywania niż zwierzęcy „złoty standard”. W miarę jak modele organ-on-a-chip będą się doskonalić, mogą znacznie ograniczyć kosztowne, późne niepowodzenia leków, identyfikując problematyczne związki już na wczesnym etapie.
Z etycznego i społecznego punktu widzenia ograniczenie użycia zwierząt samo w sobie jest ogromną korzyścią. Każdego roku niezliczone szczury, myszy, psy, naczelne i inne zwierzęta są poświęcane w laboratoriach, często doświadczając bólu lub cierpienia theregreview.org, science.rspca.org.uk. Zastąpienie nawet części tych testów badaniami na organ-on-a-chip oznacza mniej skrzywdzonych czujących istot. Jest to zgodne z od dawna obowiązującą w nauce zasadą „3R” (Replacement, Reduction, Refinement – zastępowanie, ograniczanie i udoskonalanie użycia zwierząt) clarivate.com. Społeczeństwo coraz częściej domaga się metod testowania wolnych od okrucieństwa – co znajduje odzwierciedlenie w presji konsumentów i przepisach prawnych (na przykład zakazie sprzedaży kosmetyków testowanych na zwierzętach w UE oraz nowych przepisach promujących alternatywy w testach leków). Technologia organ-on-a-chip bezpośrednio odpowiada na etyczny postulat zastąpienia eksperymentów na zwierzętach humanitarnymi alternatywami, bez kompromisów w zakresie bezpieczeństwa. W rzeczywistości obiecuje rozwiązanie korzystne dla wszystkich: lepszą ochronę ludzi i zwierząt. Testy na zwierzętach są również ograniczone przez względy etyczne, których nie mają chipy naśladujące ludzkie organy – naukowcy mogą teoretycznie testować na chipach wyższe dawki lub bardziej ryzykowne scenariusze, których nigdy nie można by etycznie przeprowadzić na zwierzętach czy ludziach, co potencjalnie pozwala na pełniejsze wykrycie zagrożeń.
Wreszcie, chipy narządowe mogą uchwycić aspekty biologii człowieka, których testy na zwierzętach często nie są w stanie. Pozwalają na bezpośrednią obserwację reakcji ludzkich komórek pod mikroskopem lub za pomocą czujników, co nie jest możliwe wewnątrz żywego organizmu zwierzęcego. Naukowcy mogą obserwować, jak komórki układu odpornościowego przemieszczają się przez ścianę naczynia krwionośnego na chipie lub mierzyć w czasie rzeczywistym uwalnianie sygnałów zapalnych przez komórki płuc po ekspozycji na toksynę. Ten poziom szczegółowości pomaga zrozumieć mechanizmy działania leków i chorób, dostarczając bogatszych danych niż ogólne wyniki wielu testów na zwierzętach. Co więcej, chipy narządowe mogą być projektowane tak, aby odzwierciedlały różnorodne populacje ludzkie poprzez wykorzystanie komórek od różnych dawców – w tym osób o określonych predyspozycjach genetycznych lub chorobach – co rozwiązuje problem, że modele zwierzęce nie odzwierciedlają ludzkiej różnorodności genetycznej. Wszystkie te korzyści sugerują, że systemy organ-on-a-chip, wraz z rozwojem, mogą nie tylko ograniczyć wykorzystywanie zwierząt, ale także zapoczątkować nową erę bardziej przewidywalnych, humanitarnych i informacyjnych testów leków.
Ograniczenia i wyzwania
Pomimo ekscytującego potencjału, technologia organ-on-a-chip wciąż napotyka znaczące wyzwania i ograniczenia, które muszą zostać pokonane, aby mogła w pełni zrealizować swoje obietnice. Jednym z bezpośrednich wyzwań jest to, że na dzień dzisiejszy chipy narządowe nie mogą całkowicie zastąpić testów na zwierzętach w procesie zatwierdzania leków gao.gov. Są one zazwyczaj stosowane równolegle ze zwierzętami i innymi metodami, a nie zamiast nich. Istnieje kilka powodów takiego stanu rzeczy. Po pierwsze, biologia człowieka jest niezwykle złożona – odtworzenie całego żywego organizmu na chipie jest znacznie trudniejsze niż modelowanie jednego lub dwóch narządów w izolacji. Większość obecnych chipów narządowych koncentruje się na jednym narządzie lub niewielkiej sieci tkanek. Brakuje im pełnych interakcji systemowych obecnych w organizmie jako całości (na przykład regulacji hormonalnej między narządami czy współdziałania mózgu z innymi układami). Nawet najbardziej zaawansowane obecnie chipy wielonarządowe obejmują kilka typów narządów, co – choć imponujące – wciąż nie stanowi symulacji całego ludzkiego ciała. Jak zauważono w niedawnym przeglądzie, pełne odtworzenie złożonych interakcji w żywym organizmie pozostaje wyjątkowo trudne, a zatem koniec testów na zwierzętach, choć jest realną możliwością w przyszłości, „może być powolny”, dopóki te technologie nie będą w stanie uchwycić tej złożoności clarivate.com.
Wyzwania techniczne są również znaczące. Stworzenie solidnego, powtarzalnego organ-on-a-chip nie jest proste – wymaga wiedzy z zakresu biologii komórki, mikroinżynierii i biomateriałów. Jednym z problemów, z jakimi borykają się naukowcy, jest pozyskanie wiarygodnych ludzkich komórek wysokiej jakości. Wiele chipów narządowych wykorzystuje komórki pochodzące z komórek macierzystych lub tkanek dawców, ale ich jakość może być zmienna. Eksperci szacują, że tylko około 10–20% pozyskanych ludzkich komórek ma wystarczająco wysoką jakość, aby można je było wykorzystać w badaniach z użyciem organ-on-a-chip gao.gov. Komórki mogą nie przeżyć długo lub nie zachowywać się normalnie na chipie, zwłaszcza jeśli pochodzą z różnych źródeł. Utrudnia to zapewnienie spójności. Dodatkowo, standaryzacja obecnie nie istnieje w tej dziedzinie. Różne laboratoria i firmy stosują różne materiały, projekty kanałów, typy komórek i metody odczytu dla swoich chipów nist.gov. W rezultacie wyniki z jednego modelu organ-on-a-chip mogą nie być bezpośrednio porównywalne z wynikami z innego, nawet jeśli nominalnie reprezentują ten sam narząd. Brak ustandaryzowanych protokołów i punktów odniesienia utrudnia szersze wdrożenie, ponieważ firmy farmaceutyczne i organy regulacyjne muszą mieć pewność, że dany test na chipie jest wiarygodny i powtarzalny. Trwają prace nad rozwiązaniem tego problemu: na przykład w 2023 roku naukowcy i regulatorzy zorganizowali warsztaty, aby zdefiniować kryteria walidacji dla metod organ-on-a-chip i dążyć do ujednolicenia standardów na całym świecie ema.europa.eu, nist.gov. Ustanowienie punktów odniesienia (np. jak dokładnie chip wątroby musi przewidywać znane toksyny) oraz kwalifikowanie chipów do określonych „kontekstów użycia” (takich jak chip nerkowy do badań przesiewowych nefrotoksyczności) to aktywne obszary prac.
Kolejnym wyzwaniem jest skalowalność i przepustowość. Chociaż niektóre chipy są już produkowane w formatach wielkoseryjnych, wiele systemów organ-on-a-chip jest wciąż zasadniczo wykonywanych ręcznie w laboratoriach akademickich lub małych startupach. Produkcja ich na dużą skalę przy zachowaniu stałej jakości oraz prowadzenie wielu chipów równolegle w dużych badaniach nie jest trywialne. Technologia ta będzie musiała stać się bardziej przyjazna użytkownikowi i zindustrializowana, aby firmy farmaceutyczne mogły rutynowo ją wdrażać. Automatyczna obsługa płynów, obrazowanie i analiza danych dla eksperymentów na chipach są nadal udoskonalane. Koszt może być również czynnikiem ograniczającym: obecnie wdrożenie testów organ-on-a-chip może być droższe i bardziej czasochłonne niż niektóre prostsze testy laboratoryjne. Amerykańskie Biuro Odpowiedzialności Rządu zauważa, że niektóre badania organ-on-a-chip kosztują więcej i trwają dłużej niż tradycyjne badania na zwierzętach lub hodowlach komórkowych, przynajmniej na tym wczesnym etapie gao.gov. Z czasem koszty mogą spaść dzięki lepszej produkcji i szerszemu zastosowaniu, ale obecnie ograniczenia budżetowe sprawiają, że chipy są wykorzystywane wybiórczo.
Interpretacja i walidacja danych stanowią kolejne wyzwania. Regulatorzy i naukowcy z przemysłu muszą być przekonani, że wyniki uzyskane z organów-na-chipie rzeczywiście odpowiadają wynikom u ludzi. Wymaga to szeroko zakrojonych badań walidacyjnych, porównujących przewidywania chipów z rzeczywistymi danymi klinicznymi oraz badaniami na zwierzętach. Obecnie branża wciąż gromadzi te dowody. Raport GAO podkreślił, że brak dobrze udokumentowanych punktów odniesienia i badań walidacyjnych utrudnia użytkownikom końcowym ocenę, na ile można ufać wynikom danego organu-na-chipie gao.gov. Na przykład, jeśli wątroba-na-chipie wskazuje, że lek jest bezpieczny, na ile możemy być pewni, że nie spowoduje on uszkodzenia wątroby u ludzi? Zbudowanie tego zaufania wymaga czasu i wielu badań. Firmy również mogą być niechętne do otwartego udostępniania danych – często z powodów konkurencyjnych lub związanych z własnością intelektualną – co spowalnia wspólne uczenie się gao.gov. Zwiększenie wymiany danych i współpracy, być może poprzez konsorcja lub partnerstwa publiczno-prywatne, pomogłoby branży szybciej się rozwijać.
Wreszcie, istnieją niepewności regulacyjne. Ponieważ organ-on-a-chip to nowa technologia, wielu regulatorów wciąż się z nią zapoznaje. Wytyczne dotyczące wykorzystania danych z chipów w aplikacjach lekowych dopiero są opracowywane. FDA i inne agencje historycznie polegały na danych z badań na zwierzętach, a zmiana tych utrwalonych praktyk wymaga starannego rozważenia. Na początku 2025 roku eksperci zgłaszali, że regulatorzy mieli „niższy poziom znajomości OOC niż innych metod” i że wytyczne ze strony agencji mogłyby być jaśniejsze gao.gov. To zaczyna się zmieniać (o czym będzie mowa w następnej sekcji), ale dopóki nie zostaną ustanowione formalne ramy, niektórzy twórcy leków mogą być niechętni do dużych inwestycji w organ-on-a-chip bez pewności, jak regulatorzy ocenią te dane. Podsumowując, choć systemy organ-on-a-chip mają ogromny potencjał, nie są jeszcze cudownym rozwiązaniem. Pozostają istotne wyzwania naukowe i praktyczne, by uczynić je solidnymi, godnymi zaufania i powszechnie użytecznymi. Pokonanie tych przeszkód będzie wymagało dalszych badań i rozwoju, inwestycji oraz ścisłej współpracy naukowców, przemysłu i regulatorów – ale postęp już trwa.
Globalne zmiany regulacyjne
Organy regulacyjne na całym świecie dostrzegają potencjał organ-on-a-chip oraz powiązanych metod testowania bez użycia zwierząt, i zaczęły aktualizować polityki, aby uwzględnić i wspierać te innowacje. W Stanach Zjednoczonych przełomową zmianą było uchwalenie FDA Modernization Act 2.0 pod koniec 2022 roku. To ponadpartyjne prawo usunęło obowiązujący od dziesięcioleci wymóg, aby wszystkie nowe kandydaty na leki muszą być testowane na zwierzętach przed rozpoczęciem badań na ludziach clarivate.com. Innymi słowy, Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków (FDA) może teraz akceptować alternatywne dane z badań przedklinicznych, w tym dane z modeli in vitro, takich jak organ-on-a-chip, zamiast bezwzględnie wymagać badań na zwierzętach. Było to ogromne zwycięstwo dla zwolenników badań bez użycia zwierząt, którzy od dawna twierdzili, że przestarzałe regulacje uniemożliwiają wykorzystanie nowoczesnych, lepszych metod. Jak zauważył rzecznik FDA, agencja może teraz dopuścić leki do badań na ludziach, korzystając z „testów nieklinicznych”, takich jak organ chips, organoidy, modele komputerowe i inne podejścia, zamiast polegać wyłącznie na danych z badań na żywych zwierzętach emulatebio.com, pubmed.ncbi.nlm.nih.gov. Jednak uchwalenie ustawy to dopiero pierwszy krok – wdrożenie tej elastyczności w praktyce to stopniowy proces.Przenieśmy się do roku 2025, a FDA sygnalizuje jeszcze silniejsze wsparcie dla odchodzenia od testów na zwierzętach. W kwietniu 2025 roku FDA ogłosiła odważną mapę drogową wycofywania wielu testów na zwierzętach w ciągu najbliższych 3–5 lat cen.acs.org. Agencja zadeklarowała, że jej celem jest uczynienie badań na zwierzętach „wyjątkiem, a nie normą” przy ocenie bezpieczeństwa leków, zaczynając od określonych obszarów produktów, takich jak leki z przeciwciałami monoklonalnymi, a następnie rozszerzając to na wszystkie typy leków cen.acs.org. FDA zasugerowała nawet, że może zaoferować przyspieszoną ścieżkę przeglądu dla zgłoszeń leków wykorzystujących zwalidowane metody alternatywne zamiast zwierząt cen.acs.org. Obserwatorzy branży określili to jako przełomowy moment. „To wydaje się kluczowym, przełomowym, historycznym momentem,” powiedział dr Tomasz Kostrzewski, dyrektor naukowy CN Bio, brytyjskiej firmy zajmującej się technologią organ-on-chip, odnosząc się do nowego planu FDA. „To jest moment, w którym FDA mówi: ‘Jesteśmy całkowicie zaangażowani, by w ciągu 3–5 lat odejść od zwierząt.’” cen.acs.org. Ta wyraźna i celowa zmiana polityki pobudziła branżę organ-on-chip – firmy odnotowały natychmiastowy wzrost zainteresowania ze strony inwestorów i klientów farmaceutycznych po ogłoszeniu FDA cen.acs.org.
Po drugiej stronie Atlantyku, Europa również podejmuje działania w celu integracji technologii organ-on-a-chip z ramami regulacyjnymi. We wrześniu 2021 roku Parlament Europejski przyjął rezolucję wzywającą do ogólnounijnego planu działania, aby przyspieszyć przejście na innowacje bez użycia zwierząt ema.europa.eu. Ten polityczny impuls skłonił europejskich regulatorów do działania. Europejska Agencja Leków (EMA) powołała dedykowaną grupę roboczą 3R, która w 2023 roku rozpoczęła działania mające na celu kwalifikację i walidację mikrofizjologicznych systemów (w tym organ-on-chip) do zastosowań regulacyjnych ema.europa.eu. Plan działań EMA obejmuje organizowanie warsztatów z przemysłem i środowiskiem akademickim, definiowanie kryteriów akceptacji regulacyjnej dla testów organ-on-chip w określonych kontekstach (na przykład wykorzystanie chipu wątrobowego do oceny toksyczności leków), a nawet współpracę międzynarodową w celu harmonizacji tych kryteriów ema.europa.eu. W rzeczywistości regulatorzy z USA, Europy i innych regionów utworzyli „światowy klaster”, aby koordynować nowe metody badawcze i dzielić się wiedzą na temat ich oceny ema.europa.eu. Ta globalna harmonizacja jest istotna – oznacza, że agencje rozmawiają ze sobą, aby zapewnić, że na przykład metoda testowa zaakceptowana przez FDA może być również zaakceptowana przez EMA lub władze Japonii, i odwrotnie.
Europa wspiera także alternatywne metody testowania poprzez instytucje takie jak EU Reference Laboratory for Alternatives to Animal Testing (EURL ECVAM), które od lat prowadzi badania i walidację metod bez użycia zwierząt clarivate.com. Impuls zarówno ze strony politycznej (Parlament Europejski), jak i naukowej (EMA i ECVAM) sugeruje, że Europa przygotowuje grunt pod ostateczną akceptację danych dotyczących bezpieczeństwa leków pochodzących z modeli organ-on-a-chip. Chociaż do 2025 roku żaden główny regulator nie wyeliminował całkowicie testów na zwierzętach, kierunek jest wyraźnie skierowany ku przyszłości, w której chipy narządowe i inne testy bez użycia zwierząt odgrywają kluczową rolę w ocenie bezpieczeństwa.
Zaczynają pojawiać się konkretne przykłady regulatorów akceptujących organ-on-a-chip. W 2024 roku firma biotechnologiczna Argenx dołączyła dane z MIMETAS liver-on-a-chip jako część wniosku o Investigational New Drug (IND) do FDA – podobno był to jeden z pierwszych przypadków, gdy dane z organ-on-a-chip wsparły oficjalny wniosek o rejestrację leku mimetas.com. Testy organ-on-chip pomogły wykazać profil bezpieczeństwa nowego leku Argenx w systemie istotnym dla człowieka, a regulatorzy zaakceptowali to jako dowód uzupełniający. CEO MIMETAS, Jos Joore, podkreślił znaczenie tego faktu: „Poprzez przyjęcie zaawansowanych ludzkich modeli in vitro zamiast tradycyjnych metod, takich jak hodowle komórek 2D i modele zwierzęce, możemy wypełnić krytyczną lukę w rozwoju nowych terapii.” mimetas.com Ten przypadek pokazuje, jak zmiany regulacyjne (takie jak FDA Modernization Act) przekładają się na rzeczywiste zastosowania, a firmy są na tyle pewne, by dołączać wyniki organ-on-chip do dokumentacji rejestracyjnej.
W nadchodzących latach możemy spodziewać się wydania bardziej formalnych wytycznych. FDA prowadzi inicjatywę Advancing Alternative Methods, która zapewnia zasoby i finansowanie na rozwój i kwalifikację metod takich jak organ chips clarivate.com. EMA, jak wspomniano, pracuje nad dokumentami wytycznymi. Agencje nauki regulacyjnej finansują także badania bezpośrednio porównujące badania na zwierzętach z wynikami organ-on-chip, aby zbudować bazę dowodową potrzebną do szerszej akceptacji. Warto zauważyć, że regulatorzy prawdopodobnie przyjmą ostrożne podejście: wczesne zastosowanie organ chips może być jako uzupełnienie danych zwierzęcych (aby dostarczyć dodatkowych informacji lub zmniejszyć liczbę potrzebnych zwierząt, zamiast całkowicie je zastępować). Jednak jeśli te metody nadal będą się sprawdzać, można sobie wyobrazić, że dla niektórych testów – np. toksyczności wątroby czy podrażnienia skóry – organ-on-a-chip może stać się oficjalnie uznanym zamiennikiem testu na zwierzętach. Kierunek jest wyznaczony: na całym świecie krajobraz regulacyjny się zmienia, by przyjąć innowacyjne metody testowania leków, które nie opierają się na zwierzętach. Lata 20. XXI wieku zapowiadają się jako dekada, w której organ-on-a-chip przejdzie z laboratorium do akceptowanego elementu procesu zatwierdzania leków.
Gracze komercyjni i aktywność rynkowa
Wraz z rosnącą naukową weryfikacją i wsparciem regulacyjnym, dziedzina organ-on-a-chip odnotowała wzrost aktywności ze strony innowacyjnych startupów, spółek spin-off z uczelni oraz nawet uznanych firm. Mały, ale szybko rozwijający się sektor powstał wokół projektowania i dostarczania tych platform „organ-on-chip” organizacjom farmaceutycznym i badawczym. Być może najbardziej znanym graczem jest Emulate, Inc., firma z Bostonu, która wyłoniła się z Wyss Institute na Harvardzie (grupa, która zapoczątkowała technologię lung-on-a-chip). Emulate produkuje linię chipów narządowych (wątroba, jelito, płuca, mózg itd.) i znajduje się na czele komercjalizacji tej technologii. Według CEO firmy Emulate, zainteresowanie ich chipami narządowymi gwałtownie wzrosło ostatnio – po ogłoszeniu przez FDA planu ograniczenia testów na zwierzętach, Emulate „otrzymywało zapytania od potencjalnych klientów” i nawet słyszało od inwestorów chętnych zainwestować więcej pieniędzy w firmę cen.acs.org. To wyraźny sygnał, że rynek spodziewa się wzrostu zapotrzebowania na rozwiązania organ-on-chip, gdy branża farmaceutyczna zmienia swoje strategie rozwoju.
Emulate nie jest osamotnione; kilka innych firm również robi furorę. CN Bio, firma z Wielkiej Brytanii, oferuje systemy organ-on-chip i opracowała platformę wielonarządową (często nazywaną „systemem mikrofiologiczno-fizjologicznym”), która może łączyć wątrobę z innymi modułami narządowymi. CN Bio aktywnie współpracuje z partnerami i publikuje badania walidacyjne swoich chipów wątrobowych do testowania toksyczności. MIMETAS, z siedzibą w Holandii, to kolejny lider – znany ze swojej technologii OrganoPlate®, która w istocie jest mikroprzepływową płytką zawierającą wiele miniaturowych modeli narządów do badań przesiewowych na dużą skalę. MIMETAS nawiązał współpracę z dużymi firmami farmaceutycznymi; na przykład w 2023 roku wszedł w strategiczne partnerstwo z Astellas Pharma w celu wykorzystania modeli organ-on-chip do badań nad lekami przeciwnowotworowymi mimetas.com. Mimetas współpracował także z firmą biotechnologiczną Argenx, jak wspomniano, dostarczając dane z chipów narządowych do zgłoszenia IND – to kamień milowy, który pokazuje komercyjne znaczenie ich platformy mimetas.com.
W Stanach Zjednoczonych Hesperos, Inc. (startup z Florydy współzałożony przez pionierskiego badacza Michaela Shulera) koncentruje się na systemach wielonarządowych i oferuje usługi testowania z wykorzystaniem swoich modeli „człowieka na chipie”. Hesperos podobno współpracował z dużymi firmami farmaceutycznymi, takimi jak Sanofi, AstraZeneca i Apellis, aby badać bezpieczeństwo i skuteczność kandydatów na leki przy użyciu swoich chipów wielonarządowych cen.acs.org. Te partnerstwa ze znanymi firmami farmaceutycznymi wskazują, że nawet duże przedsiębiorstwa oceniają dane z organów na chipie obok tradycyjnych badań. Inną godną uwagi amerykańską firmą jest AxoSim, która specjalizuje się w modelach nerwów i mózgu (takich jak „mini-mózgi” i platformy nerve-on-chip) do testowania efektów neurologicznych; oni również przyciągnęli klientów z branży biotechnologicznej zainteresowanych oceną neurotoksyczności bez użycia modeli zwierzęcych cen.acs.org.
Sektor organ-on-a-chip obejmuje także firmy takie jak TissUse (Niemcy), która oferuje platformę „bioreaktora wielonarządowego”, oraz Nortis (USA), znaną z mikroprzepływowych chipów naczyniowych. Nawet duże organizacje prowadzące badania kontraktowe (CRO), takie jak Charles River Laboratories, zaczęły inwestować w technologię organ-on-chip lub współpracować z firmami z tej branży criver.com (ponieważ przewidują, że klienci będą zamawiać takie testy). Krótko mówiąc, kształtuje się ekosystem producentów, dostawców usług i partnerów.
Trajektoria rynkowa dla organ-on-a-chip jest bardzo obiecująca. Chociaż obecnie jest to rynek stosunkowo niewielki pod względem wartości, rośnie w szybkim tempie. Raporty z badań rynkowych szacują, że globalny rynek organ-on-a-chip wynosił około 150 milionów dolarów na początku lat 2020., ale przewidują eksplozję wzrostu (30–40% rocznie) w nadchodzących latach grandviewresearch.com. Niektóre prognozy przewidują, że rynek ten osiągnie prawie 1 miliard dolarów do końca tej dekady grandviewresearch.com, napędzany rosnącą adopcją w odkrywaniu leków, testach toksykologicznych i badaniach akademickich. Wzrost ten napędzany jest nie tylko przez popyt ze strony firm farmaceutycznych, ale także przez finansowanie z inicjatyw rządowych i grantów badawczych mających na celu poprawę metod testowania. Na przykład agencje takie jak amerykański NIH finansowały programy „Tissue Chip” w celu opracowania modeli organ-on-chip dla chorób, a nawet wysłały niektóre z tych chipów na Międzynarodową Stację Kosmiczną do eksperymentów w mikrograwitacji (poszerzając zakres zastosowań tej technologii).
Zainteresowanie inwestorów startupami zajmującymi się organ-on-a-chip również wzrosło. Inwestorzy venture capital i korporacyjni dostrzegają potencjał tych technologii do zrewolucjonizowania części rynku badań przedklinicznych wartego ponad 180 miliardów dolarów. Na przykład Emulate pozyskało znaczące fundusze i zawarło umowy na dostarczanie chipów do testowania bezpieczeństwa leków (jedno z partnerstw obejmowało Modernę, która używała wątroby-na-chipie Emulate do badania bezpieczeństwa lipidowych nanocząsteczek stosowanych w dostarczaniu szczepionek mRNA) cen.acs.org. W miarę jak regulacje coraz bardziej sprzyjają danym niepochodzącym od zwierząt, firmy farmaceutyczne mogą inwestować więcej zasobów w testy na organ-on-a-chip, aby wyprzedzić konkurencję, co dodatkowo napędzi rynek.
Oczywiście, wraz z pojawieniem się możliwości pojawia się konkurencja i pewne problemy związane z rozwojem. Firmy muszą udowodnić, że ich konkretne modele organ-on-a-chip są wiarygodne i naukowo uzasadnione. Często ściśle współpracują z agencjami regulacyjnymi, aby zatwierdzić swoje urządzenia. Pojawiały się doniesienia o mniejszych firmach organ-on-a-chip, które napotykają trudności w pozyskiwaniu funduszy, zwłaszcza jeśli polegają na kontraktach rządowych, które mogą się zmieniać cen.acs.org. Jednak ogólny trend wskazuje na nasilenie się aktywności komercyjnej. W tej branży obserwuje się także konwergencję dyscyplin – firmy biotechnologiczne zatrudniają mikroinżynierów, ekspertów od oprogramowania i biologów, aby udoskonalać te produkty. Wraz z pojawianiem się kolejnych sukcesów (takich jak wprowadzenie na rynek leku opracowanego z pomocą organ-on-a-chip), jeszcze bardziej zostanie potwierdzona opłacalność biznesowa tej technologii. Podsumowując, branża organ-on-a-chip przechodzi z niszowej, pionierskiej fazy do bardziej dojrzałej fazy skalowania i integracji z głównym nurtem rozwoju leków, wspieranej przez sprzyjające regulacje i trendy społeczne.
Implikacje etyczne i społeczne
Wzrost popularności technologii organ-on-a-chip niesie ze sobą głębokie implikacje etyczne i społeczne, w większości bardzo pozytywne, ale także z pewnymi kwestiami dotyczącymi sposobu prowadzenia badań biomedycznych. Z etycznego punktu widzenia najbardziej oczywistą korzyścią jest potencjał, by znacząco ograniczyć (a ostatecznie wyeliminować) wykorzystanie zwierząt w testach leków i badaniach naukowych. Rozwiązuje to odwieczny problem etyczny: tradycyjne testowanie leków wymagało poświęcenia niezliczonych zwierząt, co budziło obawy o dobrostan zwierząt. Zastąpienie tych testów chipami opartymi na ludzkich komórkach oznacza, że znacznie mniej zwierząt byłoby poddawanych eksperymentom. Organizacje zajmujące się ochroną zwierząt z zadowoleniem przyjęły ten trend – gdy FDA ogłosiła odejście od testów na zwierzętach, grupy działające na rzecz praw zwierząt były wśród najgłośniej świętujących cen.acs.org. Również opinia publiczna coraz bardziej interesuje się tym, jak testowane są produkty. Badania pokazują, że konsumenci wolą produkty pozyskiwane etycznie i wywierali presję na ustawodawców, by podjęli działania w sprawie testowania na zwierzętach theregreview.org. Przejście na organ-on-a-chip jest częściowo odpowiedzią na to społeczne zapotrzebowanie na innowacje wolne od okrucieństwa. Oferuje ono namacalne rozwiązanie pytania: „Jeśli nie na zwierzętach, to jak?” – pokazując, że możemy zachować bezpieczeństwo i rygor naukowy bez krzywdzenia zwierząt.
Innym wymiarem etycznym jest sprawiedliwość i ludzka relewancja badań. Często zapominamy, że poleganie na modelach zwierzęcych nie jest ryzykowne tylko dla ludzi, ale może być też niesprawiedliwe wobec pacjentów, jeśli opóźnia lub wprowadza w błąd rozwój leków. Na przykład, jeśli lekarstwo na ludzką chorobę nie sprawdzi się u zwierząt i zostanie odłożone na półkę, ludzkość traci przez to, że biologia innego gatunku nie odpowiada naszej. Z drugiej strony, niebezpieczny lek może przejść testy na zwierzętach i zaszkodzić ludzkim ochotnikom w badaniach klinicznych. Organ-on-a-chip rozwiązuje ten problem, skupiając się na ludzkiej biologii od samego początku, co potencjalnie prowadzi do bezpieczniejszych badań i mniejszej liczby tragedii. Dostarczając bardziej przewidywalnych danych, może uchronić ludzkich ochotników przed ekspozycją na leki, które i tak by się nie sprawdziły. W tym sensie organ-on-a-chip przynosi korzyści społeczeństwu, poprawiając bezpieczeństwo badań klinicznych – mniej uczestników badań jest narażonych na ryzyko – oraz być może przyspieszając rozwój leków (ponieważ nieskuteczne związki można odrzucić wcześniej, a obiecujące zidentyfikować z większą pewnością).
Przejście na technologię organ-on-a-chip i podobne metody ma również konsekwencje dla społeczności naukowej i rynku pracy. W miarę jak testowanie na zwierzętach staje się mniej centralne, naukowcy będą potrzebować nowych umiejętności (na przykład inżynierii tkanek, mikroprzepływów i analizy komputerowej), aby korzystać z tych zaawansowanych systemów in vitro i je rozwijać. Może dojść do zmiany kulturowej w laboratoriach i edukacji: przyszli toksykolodzy i farmakolodzy mogą szkolić się na chipach naśladujących człowieka, zamiast uczyć się chirurgii na zwierzętach laboratoryjnych. Może to sprzyjać bardziej zorientowanemu na człowieka podejściu do badań już od samego początku. Z etycznego punktu widzenia wielu młodych naukowców z entuzjazmem podchodzi do technik, które nie wymagają krzywdzenia zwierząt, więc organ-on-a-chip może uczynić kariery biomedyczne bardziej atrakcyjnymi dla osób sprzeciwiających się wykorzystywaniu zwierząt. Niemniej jednak należy zadbać o odpowiednie zarządzanie zmianą dla tych, których utrzymanie obecnie zależy od badań na zwierzętach (na przykład hodowców zwierząt laboratoryjnych czy niektórych techników laboratoryjnych). Z czasem zasoby mogą zostać przekierowane – na przykład obiekty, w których wcześniej trzymano zwierzęta, mogą zostać przekształcone w laboratoria hodowli tkanek. Nadzieją jest, że postęp naukowy będzie szedł w parze z postępem etycznym, a organ-on-a-chip wyznacza do tego ścieżkę.
Istnieją także szersze pytania społeczne do rozważenia. Jeśli organ-on-a-chip i powiązane technologie (takie jak organoidy i modele komputerowe) staną się normą, społeczeństwo będzie musiało zadbać o to, by ramy regulacyjne i prawne były aktualizowane na bieżąco. Na przykład: jak ustalić odpowiedzialność, jeśli lek zostanie zatwierdzony na podstawie nowej metody, a później ujawnią się nieprzewidziane skutki? Zapewnienie odpowiedniej walidacji metod organ-on-a-chip pomaga to ograniczyć. Niektórzy etycy twierdzą, że wraz z przyjęciem modeli opartych na człowieku musimy także ponownie przemyśleć, jak definiujemy standardy bezpieczeństwa i skuteczności – być może je podnosząc, ponieważ będziemy dysponować precyzyjniejszymi narzędziami. W skali globalnej istotny jest także równy dostęp do tych technologii: kraje rozwijające się mogą nie mieć zasobów, by szybko wdrożyć zaawansowane testy na chipach, więc może pojawić się potrzeba międzynarodowego wsparcia lub transferu technologii, w przeciwnym razie może powstać luka, w której tylko niektóre kraje początkowo odejdą od testów na zwierzętach.
Z perspektywy wartości społecznych, przejście na testowanie bez udziału zwierząt odzwierciedla rosnącą wrażliwość i szacunek wobec innych istot żywych. Współgra to z ideą, że postęp naukowy nie powinien odbywać się kosztem niepotrzebnego cierpienia. Jeśli się powiedzie, technologia organ-on-a-chip może stać się powodem do dumą społeczną i wsparcia, podobnie jak wyścig kosmiczny czy inne wielkie przedsięwzięcia naukowe, ponieważ rozwiązuje dylemat moralny, jednocześnie posuwając naukę naprzód. Możemy doczekać się przyszłości, w której przełomy medyczne będą chwalone nie tylko za ratowanie ludzkiego życia, ale także za nieodbieranie życia zwierzętom w tym procesie. Już teraz widać, że w języku polityki redukcja testów na zwierzętach jest przedstawiana jako wyznacznik postępu i innowacyjności ema.europa.eu.
Podsumowując, etyczne i społeczne implikacje technologii organ-on-a-chip są w dużej mierze transformujące i pozytywne. Oferuje ona przyszłość, w której innowacje są bardziej humanitarne, dostosowując praktyki naukowe do ewoluujących oczekiwań moralnych społeczeństwa. Oczywiście kluczowe będą przejrzystość i edukacja – społeczeństwo powinno być informowane o tych nowych metodach i mieć pewność co do ich skuteczności, aby utrzymać zaufanie do sposobu testowania leków. Jeśli organ-on-a-chip spełni swoje obietnice, możemy w przyszłości patrzeć na testy na zwierzętach jak na prymitywną, archaiczną metodę, podobną do innych przestarzałych praktyk w historii medycyny. To jeszcze nie koniec drogi, ale każdy postęp w organ-on-a-chip przybliża nas o krok do świata, w którym leki ratujące życie mogą być opracowywane bez poświęcania zwierząt laboratoryjnych, z korzyścią zarówno dla ludzi, jak i zwierząt.
Opinie ekspertów i perspektywy na przyszłość
Wielu ekspertów z dziedziny farmakologii, inżynierii biomedycznej i etyki jest optymistycznie nastawionych, że technologia organ-on-a-chip odegra kluczową rolę w przyszłości opracowywania leków. Dr Donald Ingber, profesor z Harvardu, który kierował rozwojem pierwszego lung-on-a-chip, często podkreśla, że te systemy mogą „wypełnić lukę” między eksperymentami na szalkach a żywymi ludźmi w sposób, w jaki nic innego nie potrafi. On i inni podkreślają, że organ chips zapewniają ludzki kontekst eksperymentom – czego modele zwierzęce z natury nie są w stanie zaoferować. Wraz z pojawianiem się coraz większej ilości danych walidacyjnych, rośnie zaufanie do tych systemów. Liderzy branży, tacy jak Jim Corbett z firmy Emulate, podkreślają, jak szybko zachodzą zmiany: „To wyraźna i zamierzona zmiana” – powiedział Corbett o nowym stanowisku FDA, podkreślając, że to, co kiedyś było futurystycznym pomysłem, jest obecnie aktywnie integrowane z nauką regulacyjną cen.acs.org.
Jednocześnie eksperci ostrzegają, że musimy być realistyczni i rygorystyczni. Żadna pojedyncza metoda nie rozwiąże wszystkich problemów, a organ-on-a-chip nie jest panaceum. Dr Anthony Holmes z NC3Rs w Wielkiej Brytanii zauważył, że to kombinacja metod – organ chips, modelowanie komputerowe, wysokoprzepustowe testy komórkowe – wspólnie zastąpi testy na zwierzętach, a kluczowa będzie współpraca. To podejście podzielają również regulatorzy, którzy angażują interesariuszy poprzez warsztaty i grupy robocze nist.gov. Przyszłość, którą sobie wyobrażają, to przyszłość „nowych metod podejścia” współpracujących ze sobą w celu poprawy przewidywań. W tej przyszłości organ-on-a-chip postrzegany jest jako technologia fundamentalna, która może symulować reakcje ludzkich organów, podczas gdy inne narzędzia (takie jak modele komputerowe) mogą symulować fizjologię systemową lub genetykę. Razem mogą sprawić, że testy na zwierzętach staną się przestarzałe.
Jednym z uderzających spostrzeżeń z branży była wypowiedź CEO firmy Mimetas, który skomentował zgłoszenie IND oparte na danych z ich organ-on-chip: wczesne wdrożenie modeli istotnych dla człowieka może przyspieszyć rozwój terapii mimetas.com. Odzwierciedla to szerszą zmianę sposobu myślenia – wykorzystywanie biologii człowieka jako domyślnego środowiska testowego, zamiast polegania na ekstrapolacji międzygatunkowej. Oczekuje się, że wraz z pojawianiem się kolejnych sukcesów (takich jak leki, których niebezpieczne skutki uboczne zostały wykryte przez chip, lub terapia opracowana szybko dzięki chipom), cały paradygmat farmaceutyczny przesunie się w stronę „human-first” modeli testowania. Firmy, które się do tego dostosują, prawdopodobnie zyskają przewagę konkurencyjną, mogąc szybciej eliminować nieskuteczne leki i koncentrować się na obiecujących kandydatach.Patrząc w przyszłość, eksperci przewidują kilka fascynujących rozwiązań. Medycyna spersonalizowana może zostać znacznie przyspieszona dzięki organ-on-a-chip: wyobraź sobie pobranie komórek od pacjenta z określonym nowotworem, wyhodowanie mikroguza na chipie wraz z własnymi komórkami odpornościowymi tego pacjenta, a następnie przetestowanie panelu leków, aby sprawdzić, który działa najlepiej – wszystko to przed rozpoczęciem leczenia pacjenta. To może stać się rzeczywistością i pozwoliłoby na dostosowanie terapii do indywidualnych potrzeb z niespotykaną dotąd precyzją. Naukowcy badają także integrację edycji genów CRISPR z organ-on-chip, aby modelować choroby genetyczne na chipie i testować terapie genowe. Kolejnym obszarem jest testowanie środowiskowe i chemiczne – agencje regulacyjne odpowiedzialne za bezpieczeństwo chemiczne (nie tylko leków) są zainteresowane organ-on-chip do testowania kosmetyków, dodatków do żywności czy chemikaliów przemysłowych pod kątem toksyczności bez użycia zwierząt. EPA w USA, na przykład, prowadzi inicjatywy mające na celu ograniczenie testów na zwierzętach dla chemikaliów do 2035 roku, a organ-on-chip prawdopodobnie będzie częścią tego rozwiązania.
Podsumowując, eksperci są zgodni, że technologia organ-on-a-chip jest gotowa zrewolucjonizować nasze podejście do testowania leków i badań nad chorobami, ale do pełnego wykorzystania jej potencjału potrzebny będzie dalszy wysiłek. Optymizmowi towarzyszy poczucie odpowiedzialności: należy dokładnie walidować te systemy, zapewnić ich dostępność i prawidłowe wykorzystanie oraz szeroko dzielić się wiedzą. Wraz z dojrzewaniem tej dziedziny, niegdyś odległa wizja opracowywania leków bez testów na zwierzętach zaczyna się urzeczywistniać. Każdy maleńki mikroprzepływowy chip, zawierający żywe ludzkie komórki, stanowi zarówno przełom naukowy, jak i postęp etyczny. Razem prowadzą nas ku przyszłości bezpieczniejszego, szybszego i bardziej humanitarnego odkrywania leków – przyszłości, w której szczury laboratoryjne, króliki i małpy nie są już domyślnymi obiektami testów, a biologia człowieka na chipie wyznacza kierunek ratowania ludzkiego życia.
Źródła:
- Ingber, D. i in., Wyss Institute, Harvard – Human Organs-on-Chips Overview cen.acs.org
- U.S. GAO – Human Organ-on-a-Chip: Benefits Over Animal Testing, Challenges to Adoption (maj 2025) gao.gov
- Walrath, R., Chemical & Engineering News (maj 2025) – „Zmiana podejścia FDA do testów na zwierzętach otwiera drzwi dla twórców organoidów” cen.acs.org
- Lake, D., Lab on a Chip Blog (RSC) – „Przełomowe technologie w Organ-on-a-Chip” (lip 2024) blogs.rsc.org
- Clarivate Analytics – „Poza testowaniem na zwierzętach: wzrost znaczenia organów-na-chipie” (paź 2024) b clarivate.com
- NIST News – „Opracowywanie standardów dla badań Organ-on-a-Chip” (lut 2024) nist.govnist.gov
- EMA 3Rs Working Party Report (2023) – Kwalifikacja Organ-on-Chip do zastosowań regulacyjnych ema.europa.eu
- Columbia Engineering News – „Plug-and-Play Organ-on-a-Chip” (kwi 2022) engineering.columbia.edu
- Mimetas Press Release – Dane Organ-on-Chip w aplikacji FDA IND (lip 2024) mimetas.com
- RSPCA Science – Statystyki zwierząt w badaniach naukowych science.rspca.org.uk
- The Regulatory Review (Penn Law) – „Czy nadszedł czas, by zakończyć testy na zwierzętach?” (sty 2024) theregreview.org
- C&EN / Biospace – Rynek testów na zwierzętach i wskaźniki niepowodzeń cen.acs.org
