Každý rok sa na celom svete používa vo vedeckých laboratóriách viac ako 100 miliónov zvierat science.rspca.org.uk. Napriek tomuto rozsahu testovania na zvieratách však približne 90 % liekov, ktoré sa v testoch na zvieratách javia ako sľubné, nakoniec zlyhá v klinických skúškach na ľuďoch cen.acs.org. Prichádza organ-on-a-chip technológia – špičková alternatíva, ktorej cieľom je napodobniť ľudské orgány na mikročipoch a dramaticky zlepšiť testovanie liekov bez potreby laboratórnych zvierat. Tieto drobné zariadenia, vystlané živými ľudskými bunkami, dokážu napodobniť kľúčové funkcie srdca, pľúc, pečene a ďalších orgánov, čím ponúkajú testovaciu platformu bližšiu ľudskému organizmu. Regulátori a vedci si to všímajú: nové zákony a politiky podporujú metódy bez použitia zvierat, firmy sa pretekajú vo vývoji organ-on-chip systémov a odborníci označujú tento prístup za možný game-changer pre medicínu a dobré životné podmienky zvierat. V tejto správe vysvetlíme, čo je technológia organ-on-a-chip, ako funguje, najnovšie vedecké objavy, jej výhody oproti tradičnému testovaniu na zvieratách, výzvy, ktoré ju čakajú, globálny vývoj regulácií, aktivity v priemysle a etické dôsledky budúcnosti s testovaním liekov bez zvierat.
Čo je technológia organ-on-a-chip a ako funguje?
Organ-on-a-chip (OOC) je miniatúrne zariadenie, často veľké asi ako USB kľúč alebo podložné sklíčko, ktoré obsahuje drobné duté kanáliky vystlané živými ľudskými bunkami, aby simulovalo funkcie skutočného orgánu cen.acs.org, clarivate.com. V podstate vedci umiestnia ľudské bunky (napríklad pľúcne, pečeňové, mozgové atď.) do mikroinžinierskej komory, ktorá poskytuje 3D prostredie podobné ľudskému telu. Tieto komory sú súčasťou mikrofluidnej siete – drobných kanálikov, ktorými neustále prúdia živiny, kyslík a biochemické signály, podobne ako krv v cievach nist.gov. Mikrochip môže tiež obsahovať mechanické sily na napodobnenie pohybov orgánov: napríklad lung-on-a-chip môže rytmicky naťahovať a uvoľňovať bunkovú membránu, aby simuloval pohyby pri dýchaní gao.gov.
Zariadenia organ-on-a-chip nie sú elektronické kremíkové čipy, ale priehľadné flexibilné polyméry, v ktorých môžu bunky rásť a vzájomne pôsobiť. Vytvárajú „miniaturizované fyziologické prostredie“ pre bunky, čo znamená, že bunky zažívajú podmienky (prúdenie tekutín, výživu, mechanické zaťaženie) podobné tým, aké sú vo vnútri skutočného ľudského orgánu nist.gov. Pretože je možné zahrnúť viacero typov buniek, organový čip dokáže replikovať zložité tkanivové rozhrania. Napríklad pľúcny čip môže mať na jednej strane poréznej membrány vrstvu alveolárnych buniek a na druhej strane bunky kapilárnych krvných ciev, čo umožňuje interakciu rovnako ako v skutočných pľúcach. Pečeňový čip môže obsahovať hepatocyty (pečeňové bunky) spolu s podpornými endotelovými bunkami a imunitnými bunkami (Kupfferove bunky), aby napodobnil mikroarchitektúru pečene clarivate.com. Tieto čipy sú udržiavané nažive v inkubátoroch a senzory alebo mikroskopy môžu v reálnom čase sledovať, ako „mini orgán“ reaguje na lieky, chemikálie alebo chorobné stavy.
Tým, že napodobňujú mikroprostredie ľudského orgánu, organové čipy umožňujú výskumníkom priamo pozorovať reakcie ľudských buniek bez toho, aby bol ohrozený živý človek alebo zviera nist.gov. V praxi slúžia ako most medzi konvenčnými in vitro testami (bunky v miske) a in vivo testami (zvieratá), pričom ponúkajú kontrolovaný testovací systém založený na ľudských bunkách. „Nazýva sa to organ-on-a-chip a zahŕňa pestovanie skutočného tkaniva z ľudského orgánu na malej štruktúre, ktorá napodobňuje to, čo by toto tkanivo zažívalo v tele,“ vysvetľuje správa amerického Národného inštitútu pre normy a technológie nist.gov. Dúfame, že tieto čipy budú presnejšie predpovedať, ako liek ovplyvní ľudské orgány, než to dokážu zvieracie modely. Vedci už vytvorili čipy pre mnohé jednotlivé orgány – pľúca, pečeň, srdce, obličky, črevo, mozog, kožu a ďalšie – pričom každý zachytáva kľúčové aspekty biológie daného orgánu clarivate.com.
Pozoruhodné je, že výskumníci tiež kombinujú viacero organových čipov, aby simulovali väčšie časti ľudskej fyziológie. Tieto multi-organové „telo-na-čipe“ systémy prepájajú mikrofluidný prietok krvi viacerých organových oddelení, takže výstup jedného čipu (napr. metabolizmus lieku v pečeni) sa stáva vstupom pre iný (napr. účinok na srdce alebo obličky) gao.gov. V jednom prelomovom experimente tím na Kolumbijskej univerzite prepojil štyri ľudské orgánové tkanivá (srdce, pečeň, kosť a kožu) na jednom čipe s cirkulujúcou tekutinou napodobňujúcou krv a imunitnými bunkami, čím efektívne vytvorili miniatúrny model ľudskej fyziológie engineering.columbia.edu. Celé zariadenie bolo veľké len asi ako podložné sklíčko mikroskopu, no udržiavalo tkanivá nažive a v komunikácii celé týždne – čo je významný krok k modelovaniu komplexných systémových ochorení mimo tela. „Toto je pre nás obrovský úspech… konečne sme vyvinuli platformu, ktorá úspešne zachytáva biológiu interakcií orgánov v tele,“ povedala vedúca projektu profesorka Gordana Vunjak-Novakovic engineering.columbia.edu. Takéto pokroky naznačujú budúcnosť, v ktorej by sa „človek-na-čipe“ mohol použiť na testovanie, ako nový liek ovplyvní viacero orgánových systémov ešte predtým, než bude vystavený akýkoľvek človek alebo zviera.
Nedávne prelomové objavy a vedecké pokroky
Technológia organ-on-a-chip sa za posledné desaťročie rýchlo posunula od konceptu k realite a v posledných rokoch sme boli svedkami pozoruhodných prelomov. Jedným z prelomových pokrokov bol vývoj multi-organových čipov, ako bolo spomenuté vyššie. V roku 2022 vedci oznámili prvý plug-and-play multi-organový čip s niekoľkými zrelými ľudskými tkanivami prepojenými cievnym tokom engineering.columbia.edu. Tento systém umožnil rôznym orgánovým tkanivám „komunikovať“ medzi sebou chemicky, presne tak, ako to robia v našom tele. Významné je, že všetky tkanivá pochádzali z rovnakých ľudských kmeňových buniek, čo znamená, že čip efektívne napodobňoval biológiu konkrétneho pacienta – čím sa otvára cesta k skutočne personalizovanému testovaniu liekov v budúcnosti engineering.columbia.edu. Schopnosť udržať funkčnosť viacerých orgánov počas týždňov na čipe je obrovský technický skok; vyžadovalo si to inovatívne riešenia, aby každé tkanivo malo svoje optimálne prostredie, pričom si stále vymieňali signály cez spoločný „krvný obeh“ na čipe engineering.columbia.edu. Tento pokrok vzbudil pozornosť, pretože dokáže modelovať zložité ochorenia (ako je šírenie rakoviny cez viacero orgánov alebo interakcie liekov medzi srdcom a pečeňou), ktoré samotné jedno-orgánové čipy nedokážu zachytiť.
Okrem integrácie viacerých orgánov vedci rozširujú možnosti modelov organ-on-a-chip aj inými spôsobmi. Napríklad nové návrhy čipov čoraz viac zahŕňajú senzory a zobrazovacie techniky, ktoré umožňujú nepretržité monitorovanie reakcií tkanív (ako je elektrická aktivita srdcových buniek alebo hladina kyslíka v pľúcnom čipe) v reálnom čase. Dochádza tiež k posunu smerom k integrácii umelej inteligencie (AI) a výpočtových modelov s organ-on-a-chip čipmi. AI algoritmy môžu pomôcť navrhovať prediktívnejšie experimenty a analyzovať zložité dáta, ktoré organ-on-a-chip čipy produkujú clarivate.com. Nedávny článok uvádza, že pokroky v AI zlepšujú návrh experimentov a interpretáciu dát pri organ-on-a-chip, čo naznačuje, že inteligentné algoritmy by mohli optimalizovať využitie týchto čipov na presnejšie predvídanie účinkov liekov clarivate.com.
Vedci tiež skúmajú 3D-bioprintingové techniky na vytváranie organ-on-chip systémov s ešte väčšou mierou realismu blogs.rsc.org. Biotlač dokáže vytvárať trojrozmerné tkanivové štruktúry (ako sú miniatúrne nádory alebo kúsky srdcového svalu), ktoré sa potom umiestňujú do čipov, čím sa spájajú výhody tkanivového inžinierstva s mikrofluidikou. Medzitým prebiehajú snahy o dosiahnutie štandardizácie v tomto novovznikajúcom odbore, aby boli výsledky porovnateľné medzi laboratóriami. Začiatkom roku 2024 pracovná skupina vedená NIST zverejnila usmernenia na štandardizáciu návrhov a meraní organ-on-a-chip, pričom poznamenala, že mnohé skupiny používali odlišné protokoly a dokonca aj terminológiu, čo sťažovalo porovnávanie výsledkov nist.gov. Zavedením spoločných štandardov a najlepších postupov chce komunita urýchliť vývoj a zabezpečiť, aby boli údaje z organ-on-chip dostatočne robustné na široké využitie.
Kľúčové je, že organ-on-a-chip systémy nie sú len laboratórne kuriozity – už teraz prinášajú vedecké poznatky a v niektorých prípadoch prekonávajú staršie modely. Napríklad štúdie ukázali, že organové čipy dokážu replikovať ľudské špecifické reakcie na lieky, ktoré zvieracie testy prehliadli. V jednej štúdii oblička-na-čipe správne predpovedala toxicitu lieku pre obličky, ktorý sa v zvieracích testoch zdal byť bezpečný, ale neskôr spôsobil poškodenie u ľudí clarivate.com. Ďalší tím používajúci krvná-cievka-na-čipe dokázal odhaliť tendenciu určitého protilátkového lieku spôsobovať nebezpečné krvné zrazeniny – vedľajší účinok, ktorý sa objavil len v ľudských klinických skúškach, nie v zvieracích testoch, ale čipový model ho úspešne rekapituloval clarivate.com. Takéto prelomové objavy poskytujú dôkaz, že organové čipy môžu odhaliť účinky liekov, ktoré tradičné metódy prehliadajú. Vedci vyvinuli organ-on-chip modely pre ochorenia od pľúcnych infekcií až po Alzheimerovu chorobu a rakovinu, čo umožňuje experimenty na ľudských tkanivových analógoch týchto stavov. Ako jeden príklad, mozgové organoidové čipy (niekedy nazývané „mini-mozgy na čipoch“) sa používajú na štúdium bezpečnosti neurologických liekov: farmaceutická štúdia ukázala, že ľudský mini-mozgový model dokáže spoľahlivo identifikovať neurotoxické vedľajšie účinky desiatok známych liekov cen.acs.org. Rýchly pokrok v takýchto mikrofyzikálnych systémoch poskytuje vedcom nové nástroje na skúmanie biológie a testovanie liečby spôsobmi, ktoré ešte pred pár rokmi neboli možné.
Výhody oproti tradičnému testovaniu na zvieratách
Technológia organ-on-a-chip ponúka obrovské výhody oproti tradičnému testovaniu na zvieratách, pričom rieši mnohé obmedzenia a obavy, ktoré už dlho trápia výskum založený na zvieratách. Najdôležitejším problémom je relevantnosť pre človeka. Keďže organové čipy používajú skutočné ľudské bunky a napodobňujú aspekty fungovania ľudských orgánov, ich výsledky sú často priamo použiteľné pre ľudských pacientov. Naopak, aj tie najlepšie zvieracie modely sa môžu v kritických ohľadoch líšiť od ľudí. Lieky, ktoré fungujú na myšiach, často zlyhávajú u ľudí a nebezpečné vedľajšie účinky sa nemusia prejaviť u zvierat kvôli druhovým rozdielom. V skutočnosti približne 9 z 10 kandidátov na lieky, ktoré prejdú testami na zvieratách, nakoniec zlyhá v klinických skúškach na ľuďoch z dôvodov bezpečnosti alebo účinnosti cen.acs.org. Táto vysoká miera zlyhania je silným dôkazom toho, že zvieracie modely sú nedokonalými náhradami ľudskej biológie. „Ľudský mozog je neuveriteľne zložitý… Zvieratá jednoducho nemajú mozog, ktorý by sa čo i len približoval ľudskému,“ poznamenáva Alif Saleh, generálny riaditeľ spoločnosti zaoberajúcej sa organoidmi na čipe. „Predstava, že myší alebo potkaní mozog… môže predpovedať, ako bude ľudský mozog reagovať na konkrétny liek – to nie je dôveryhodné“ cen.acs.org. Testovaním na tkanivách pochádzajúcich z ľudí v organových čipoch môžu vedci získať výsledky, ktoré lepšie predpovedajú, čo sa stane u skutočných pacientov, najmä pri zložitých, špecificky ľudských orgánoch, ako je mozog.
Tieto poznatky relevantné pre človeka majú reálne dôsledky pre bezpečnosť liekov. Organové čipy už preukázali schopnosť odhaliť toxické účinky, ktoré zvieratá prehliadli. Napríklad štúdia s ľudskou pečeňou na čipe dokázala identifikovať 87 % známych liekov, ktoré spôsobujú poškodenie pečene u ľudí cen.acs.org, čo je výkon, ktorý výrazne prekonáva výsledky testov na zvieratách. Čipy môžu tiež obsahovať bunky špecifické pre pacienta (napríklad indukované pluripotentné kmeňové bunky od chorého pacienta), čo umožňuje testovať reakcie na lieky na modeloch, ktoré odrážajú genetické a chorobné zvláštnosti skutočných skupín pacientov. To by mohlo znížiť riziko neočakávaných nežiaducich reakcií, keď liek vstúpi do klinických skúšok.
Ďalšou veľkou výhodou je rýchlosť a efektivita. Tradičné testy na zvieratách na overenie bezpečnosti liekov môžu trvať roky a stáť milióny dolárov na jednu zlúčeninu theregreview.org. Udržiavanie kolónií laboratórnych zvierat, vykonávanie zdĺhavých štúdií a analýza výsledkov je pomalý a nákladný proces. Systémy organ-on-a-chip, keď sú raz nastavené, môžu často produkovať údaje rýchlejšie a s menším množstvom testovanej látky. Automatizované výstupy a platformy s vysokou priepustnosťou (s mnohými paralelnými mikroorgánovými testami na jednej platni) sa vyvíjajú na omnoho rýchlejšie skríningovanie zlúčenín ako pri použití zvierat. Hoci sa technológia stále vyvíja, existuje nádej, že súbor ľudských organ-on-a-chip modelov by mohol jedného dňa nahradiť niekoľkomesačné štúdie na zvieratách rýchlejšími in vitro testami, čím by sa ušetril čas aj zdroje pri vývoji liekov. Štúdia citovaná FDA ukázala, že počítačové modely ľudských srdcových buniek predpovedali určité kardiálne vedľajšie účinky s presnosťou 89 %, zatiaľ čo testy na zvieratách len so 75 % presnosťou clarivate.com, čo poukazuje na potenciál nových prístupov byť nielen rýchlejšie, ale aj presnejšie než zvierací „zlatý štandard“. Ako sa tieto organ-on-chip modely naďalej zlepšujú, môžu výrazne znížiť nákladné zlyhania liekov v neskorých fázach tým, že identifikujú problematické zlúčeniny už na začiatku vývoja.Z etického a spoločenského hľadiska je zníženie používania zvierat samo o sebe zásadným prínosom. Každý rok sú v laboratóriách obetované nespočetné množstvá potkanov, myší, psov, primátov a ďalších zvierat, ktoré často zažívajú bolesť alebo stres theregreview.org, science.rspca.org.uk. Nahradenie čo i len časti týchto testov štúdiami na organ-on-a-chip znamená menej trpiacich cítiacich bytostí. To je v súlade s dlhodobým princípom „3R“ vo vede (Nahradenie, Zníženie, Zlepšenie používania zvierat) clarivate.com. Spoločnosť čoraz viac požaduje metódy testovania bez krutosti – čo sa odráža v tlaku spotrebiteľov a legislatíve (napríklad zákaz kozmetiky testovanej na zvieratách v EÚ a nové zákony podporujúce alternatívy pri testovaní liekov). Technológia organ-on-a-chip priamo reaguje na etickú požiadavku nahradiť pokusy na zvieratách humánnymi alternatívami bez kompromisov v oblasti bezpečnosti. V skutočnosti sľubuje výhru pre obe strany: lepšiu ochranu pre ľudí a pre zvieratá. Testovanie na zvieratách je tiež obmedzené etickými hranicami, ktoré čipy napodobňujúce ľudské orgány nemajú – výskumníci môžu teoreticky posúvať organ-on-chip modely k vyšším dávkam alebo rizikovejším scenárom, ktoré by nikdy nebolo možné eticky vykonať na zvieratách či ľuďoch, čo potenciálne umožňuje komplexnejšie odhalenie rizík.
Nakoniec, organ-on-a-chip systémy dokážu zachytiť aspekty ľudskej biológie, ktoré zvieracie testy často nedokážu. Umožňujú priame pozorovanie reakcií ľudských buniek pod mikroskopom alebo pomocou senzorov, čo nie je možné v tele živého zvieraťa. Výskumníci môžu sledovať pohyb imunitných buniek cez stenu krvnej cievy na čipe alebo merať uvoľňovanie zápalových signálov z pľúcnych buniek v reálnom čase pri vystavení toxínu. Táto úroveň detailov pomáha pochopiť mechanizmy účinku liekov a chorôb a poskytuje bohatšie údaje než hrubé výsledky mnohých zvieracích testov. Navyše, organ-on-a-chip systémy môžu byť navrhnuté tak, aby reprezentovali rôznorodé ľudské populácie použitím buniek od rôznych darcov – vrátane tých s konkrétnymi genetickými predispozíciami alebo ochoreniami – čím sa rieši problém, že zvieracie modely neodrážajú genetickú rozmanitosť ľudí. Všetky tieto výhody naznačujú, že organ-on-a-chip systémy môžu, ako budú dozrievať, nielen znížiť závislosť od zvierat, ale aj otvoriť novú éru prediktívnejšieho, humánnejšieho a informatívnejšieho testovania liekov.Obmedzenia a výzvy
Napriek svojmu vzrušujúcemu potenciálu čelí technológia organ-on-a-chip stále významným výzvam a obmedzeniam, ktoré je potrebné prekonať, aby mohla naplno splniť svoje sľuby. Jednou z bezprostredných výziev je, že v súčasnosti organ-on-a-chip systémy nemôžu úplne nahradiť testovanie na zvieratách v procese schvaľovania liekov gao.gov. Vo všeobecnosti sa používajú spolu so zvieratami a inými metódami, nie namiesto nich. Existuje na to niekoľko dôvodov. Ľudská biológia je totiž mimoriadne zložitá – replikovať celý živý organizmus na čipe je oveľa komplikovanejšie než modelovať jeden alebo dva orgány izolovane. Väčšina súčasných organ-on-a-chip systémov sa zameriava na jeden orgán alebo malú sieť tkanív. Chýbajú im úplné systémové interakcie, ktoré sú prítomné v organizme ako celku (napríklad hormonálna regulácia medzi orgánmi alebo vzájomné pôsobenie mozgu s inými systémami). Aj tie najpokročilejšie multi-orgánové čipy dnes zahŕňajú len niekoľko typov orgánov, čo je síce pôsobivé, ale stále to nestačí na simuláciu celého ľudského tela. Ako uvádza nedávna prehľadová štúdia, úplné replikovanie zložitých interakcií v živom organizme zostáva mimoriadne náročné, a preto koniec testovania na zvieratách, hoci je realistickou možnosťou do budúcnosti, „môže byť pomalý“, kým tieto technológie nedokážu zachytiť túto komplexnosť clarivate.com.
Technické výzvy sú tiež významné. Vytvorenie robustného, reprodukovateľného orgánu-na-čipe nie je jednoduché – vyžaduje si odborné znalosti v oblasti bunkovej biológie, mikroinžinierstva a biomateriálov. Jedným z problémov, ktorým vedci čelia, je získanie spoľahlivých ľudských buniek vysokej kvality. Mnohé organové čipy používajú bunky odvodené z kmeňových buniek alebo darcovských tkanív, ale tieto môžu byť variabilné. Odborníci odhadujú, že iba približne 10–20 % získaných ľudských buniek je dostatočne kvalitných na použitie v štúdiách s organovými čipmi gao.gov. Bunky nemusia na čipe dlho prežiť alebo sa správať normálne, najmä ak pochádzajú z rôznych zdrojov. To sťažuje zabezpečenie konzistentnosti. Okrem toho v oblasti v súčasnosti chýba štandardizácia. Rôzne laboratóriá a spoločnosti používajú na svojich čipoch rôzne materiály, návrhy kanálikov, typy buniek a metódy merania nist.gov. Výsledky z jedného modelu organového čipu preto nemusia byť priamo porovnateľné s výsledkami z iného, aj keď nominálne predstavujú ten istý orgán. Tento nedostatok štandardizovaných protokolov a referenčných hodnôt bráni širšiemu prijatiu, keďže farmaceutické spoločnosti a regulátori potrebujú istotu, že daný test na čipe je spoľahlivý a opakovateľný. Prebiehajú snahy tento stav zlepšiť: napríklad v roku 2023 sa vedci a regulátori stretli na workshopoch, aby definovali kritériá validácie pre metódy orgán-na-čipe a pracovali na harmonizácii štandardov na globálnej úrovni ema.europa.eu, nist.gov. Stanovenie referenčných hodnôt (napr. ako presne musí pečeňový čip predpovedať známe toxíny) a kvalifikácia čipov pre konkrétne „kontexty použitia“ (napríklad obličkový čip na skríning nefrotoxicity) sú aktívne oblasti výskumu.
Ďalšou výzvou je škálovateľnosť a priepustnosť. Kým niektoré čipy sa už vyrábajú vo veľkoobjemových formátoch, mnohé systémy orgán-na-čipe sú stále v podstate ručne vyrábané v akademických laboratóriách alebo malých startupoch. Výroba vo veľkom s konzistentnou kvalitou a prevádzka mnohých čipov paralelne pre rozsiahle štúdie nie je triviálna. Technológia sa bude musieť stať používateľsky prívetivejšou a industrializovanejšou, aby ju farmaceutické spoločnosti mohli rutinne využívať. Automatizovaná manipulácia s tekutinami, zobrazovanie a analýza dát pre experimenty na čipoch sa stále zdokonaľujú. Náklady môžu byť tiež obmedzujúcim faktorom: v súčasnosti môže byť zavedenie testov orgán-na-čipe drahšie a časovo náročnejšie ako niektoré jednoduchšie laboratórne testy. Americký Úrad pre zodpovednosť vlády uvádza, že niektorý výskum s organovými čipmi stojí viac a trvá dlhšie ako tradičné štúdie na zvieratách alebo v bunkových kultúrach, aspoň v týchto počiatočných fázach gao.gov. Postupom času môžu náklady klesnúť vďaka lepšej výrobe a širšiemu využitiu, ale zatiaľ rozpočtové obmedzenia znamenajú, že čipy sa používajú selektívne.
Interpretácia a validácia údajov predstavujú ďalšie prekážky. Regulačné orgány a priemyselní vedci musia byť presvedčení, že výsledky z organ-on-chip presne korelujú s výsledkami u ľudí. To si vyžaduje rozsiahle validačné štúdie, ktoré porovnávajú predikcie čipov s reálnymi klinickými údajmi a so štúdiami na zvieratách. V súčasnosti toto odvetvie stále zhromažďuje tieto dôkazy. Správa GAO poukázala na to, že nedostatok dobre zdokumentovaných referenčných bodov a validačných štúdií sťažuje koncovým používateľom určiť, do akej miery môžu dôverovať výsledkom konkrétneho organového čipu gao.gov. Napríklad, ak liver-on-a-chip ukáže, že liek je bezpečný, nakoľko si môžeme byť istí, že nespôsobí poškodenie pečene u ľudí? Budovanie tejto dôvery si vyžiada čas a viacero štúdií. Spoločnosti môžu byť tiež neochotné zdieľať údaje otvorene – často z konkurenčných alebo dôvodov duševného vlastníctva – čo spomaľuje kolektívne učenie gao.gov. Zvýšené zdieľanie údajov a spolupráca, napríklad prostredníctvom konzorcií alebo verejno-súkromných partnerstiev, by pomohli tomuto odvetviu rýchlejšie dozrieť.
Napokon existujú aj regulačné neistoty. Keďže organ-on-a-chip je nová technológia, mnohí regulátori sa s ňou ešte len oboznamujú. Usmernenia o tom, ako používať údaje z čipov v žiadostiach o lieky, sa len teraz začínajú formulovať. FDA a ďalšie agentúry sa historicky spoliehali na údaje zo zvierat a zmena týchto zaužívaných postupov si vyžaduje dôkladné zváženie. K začiatku roka 2025 odborníci uviedli, že regulátori mali „nižšiu úroveň oboznámenosti s OOC ako s inými metódami“ a že usmernenia od agentúr by mohli byť jasnejšie gao.gov. Toto sa začína meniť (ako si povieme v ďalšej časti), ale kým nebudú zavedené formálne rámce, niektorí vývojári liekov môžu váhať investovať do organových čipov bez istoty, ako budú regulátori na údaje nazerať. Zhrnuté, hoci organ-on-a-chip systémy majú obrovský potenciál, nie sú zatiaľ zázračným riešením. Zostáva množstvo vedeckých a praktických výziev, aby boli robustné, dôveryhodné a široko použiteľné. Prekonanie týchto výziev si vyžiada pokračujúci výskum a vývoj, investície a úzku spoluprácu medzi vedcami, priemyslom a regulátormi – no pokrok už prebieha.
Globálny regulačný vývoj
Regulačné agentúry po celom svete si uvedomujú potenciál organ-on-a-chip a súvisiacich metód testovania bez použitia zvierat, a začali aktualizovať politiky, aby tieto inovácie podporili a umožnili. V Spojených štátoch prišla prelomová zmena s prijatím FDA Modernization Act 2.0 koncom roku 2022. Tento dvojstranný zákon odstránil desaťročia starú požiadavku, že všetky nové kandidátske lieky musia byť testované na zvieratách pred vstupom do klinických skúšok na ľuďoch clarivate.com. Inými slovami, americký Úrad pre kontrolu potravín a liečiv (FDA) teraz môže prijať alternatívne údaje z predklinických testov, vrátane údajov z in vitro modelov ako organ-on-a-chip, namiesto toho, aby striktne vyžadoval štúdie na zvieratách. Toto bolo obrovské víťazstvo pre zástancov výskumu bez použitia zvierat, ktorí už dlho tvrdili, že zastarané regulácie bránia využívaniu modernejších a lepších metód. Ako poznamenal hovorca FDA, agentúra teraz môže schváliť lieky na klinické skúšky na ľuďoch pomocou „neklinických testov“, ako sú organové čipy, organoidy, počítačové modely a iné prístupy, namiesto toho, aby sa spoliehala výlučne na údaje zo živých zvierat emulatebio.com, pubmed.ncbi.nlm.nih.gov. Avšak prijatie zákona je len prvým krokom – implementácia tejto flexibility v praxi je postupný proces.Rýchly posun do roku 2025 a FDA signalizovala ešte silnejšiu podporu pre odklon od testovania na zvieratách. V apríli 2025 FDA oznámila odvážnu cestovnú mapu na postupné ukončenie mnohých testov na zvieratách v priebehu nasledujúcich 3–5 rokov cen.acs.org. Agentúra uviedla, že jej cieľom je, aby sa štúdie na zvieratách stali „výnimkou, nie normou“ pri hodnotení bezpečnosti liekov, počnúc určitými produktovými oblasťami, ako sú lieky na báze monoklonálnych protilátok, a rozšírením na všetky typy liekov cen.acs.org. FDA dokonca naznačila, že by mohla ponúknuť zrýchlené posúdenie pre podania liekov, ktoré používajú overené alternatívne metódy namiesto zvierat cen.acs.org. Odborníci z odvetvia to opísali ako prelomový moment. „Zdá sa, že ide o kľúčový prelom, historický moment,“ povedal Dr. Tomasz Kostrzewski, hlavný vedecký pracovník spoločnosti CN Bio, britskej firmy zaoberajúcej sa technológiou orgánov na čipe, ohľadom nového plánu FDA. „Toto je bod, keď FDA hovorí: ‘Sme úplne odhodlaní posunúť sa vpred a odkloniť sa od zvierat v horizonte 3–5 rokov.’“ cen.acs.org. Tento jasný a zámerný posun v politike dodal energiu odvetviu orgánov na čipe – spoločnosti zaznamenali okamžitý nárast záujmu zo strany investorov a farmaceutických klientov po oznámení FDA cen.acs.org.
Na druhej strane Atlantiku sa aj Európa snaží integrovať organ-on-a-chip do regulačného rámca. V septembri 2021 prijal Európsky parlament uznesenie, v ktorom vyzýva na celoeurópsky akčný plán na urýchlenie prechodu k inováciám bez použitia zvierat ema.europa.eu. Tento politický impulz podnietil európskych regulátorov k činom. Európska lieková agentúra (EMA) vytvorila špeciálnu pracovnú skupinu 3Rs, ktorá v roku 2023 začala úsilie o kvalifikáciu a validáciu mikrofyziologických systémov (vrátane organ-on-chip) na regulačné použitie ema.europa.eu. Pracovný plán EMA zahŕňa organizovanie workshopov s priemyslom a akademickou obcou, definovanie kritérií regulačného prijatia pre testy organ-on-chip v konkrétnych kontextoch (napríklad použitie pečeňového čipu na hodnotenie toxicity liekov) a dokonca aj medzinárodnú spoluprácu na harmonizácii týchto kritérií ema.europa.eu. V skutočnosti regulátori z USA, Európy a ďalších regiónov vytvorili „celosvetový klaster“ na koordináciu nových prístupov a zdieľanie poznatkov o ich hodnotení ema.europa.eu. Táto globálna harmonizácia je dôležitá – znamená to, že agentúry spolu komunikujú, aby zabezpečili, že napríklad testovacia metóda akceptovaná FDA môže byť prijatá aj EMA alebo japonskými úradmi, a naopak.Európa tiež podporila alternatívne testovanie prostredníctvom inštitúcií ako EU Reference Laboratory for Alternatives to Animal Testing (EURL ECVAM), ktorá už roky skúma a validuje metódy bez použitia zvierat clarivate.com. Impulz z politickej strany (Európsky parlament) a vedeckej strany (EMA a ECVAM) naznačuje, že Európa pripravuje pôdu na to, aby v budúcnosti schvaľovala údaje o bezpečnosti liekov z modelov organ-on-a-chip. Hoci k roku 2025 žiadny významný regulátor úplne neeliminoval testy na zvieratách, smerovanie je jasne k budúcnosti, kde organové čipy a iné testy bez zvierat budú hrať ústrednú úlohu pri hodnotení bezpečnosti.
Začínajú sa objavovať konkrétne príklady, keď regulátori prijímajú technológiu organ-on-a-chip. V roku 2024 biotechnologická spoločnosť Argenx zahrnula údaje z MIMETAS liver-on-a-chip modelu ako súčasť žiadosti o povolenie klinického skúšania (IND) pre FDA – údajne išlo o jeden z prvých prípadov, keď údaje z organ-on-a-chip podporili oficiálnu žiadosť o schválenie lieku mimetas.com. Testy na organ-on-a-chip pomohli preukázať bezpečnostný profil nového lieku Argenx v systéme relevantnom pre človeka a regulátori to prijali ako doplňujúci dôkaz. Generálny riaditeľ MIMETAS, Jos Joore, zdôraznil význam: „Prijatím pokročilých ľudských in vitro modelov namiesto tradičných metód, ako sú 2D bunkové kultúry a zvieracie modely, môžeme preklenúť kritickú medzeru v napredovaní nových terapií.“ mimetas.com Tento prípad ilustruje, ako sa regulačné zmeny (ako napríklad FDA Modernization Act) premietajú do reálnych aplikácií, pričom spoločnosti sú dostatočne presvedčené na to, aby predkladali výsledky organ-on-a-chip v rámci svojich schvaľovacích balíkov.
V nasledujúcich rokoch môžeme očakávať vydanie ďalších formálnych usmernení. FDA má svoju iniciatívu Advancing Alternative Methods, ktorá poskytuje zdroje a financovanie na vývoj a kvalifikáciu metód, ako sú organ chips clarivate.com. EMA, ako už bolo spomenuté, pracuje na usmerňovacích dokumentoch. Agentúry pre regulačnú vedu tiež financujú výskum na priame porovnanie štúdií na zvieratách s výsledkami organ-on-a-chip, aby sa vytvorila dôkazová základňa potrebná na širšie prijatie. Stojí za zmienku, že regulátori pravdepodobne zaujmú opatrný prístup: skoré použitie organ chips môže byť ako doplnok k údajom zo zvierat (na poskytnutie dodatočných poznatkov alebo na zníženie počtu potrebných zvierat, nie na ich úplné nahradenie). Ak sa však tieto metódy budú naďalej osvedčovať, je predstaviteľné, že pre určité testy – napr. hepatotoxicita alebo podráždenie pokožky – by sa organ-on-a-chip mohol stať oficiálne uznanou náhradou za zvierací test. Smer je daný: globálne sa regulačné prostredie mení tak, aby vítalo inovatívne metódy testovania liekov, ktoré sa nespoliehajú na zvieratá. Roky 2020 sa rysujú ako dekáda, keď sa organ-on-a-chip presunie z laboratórnej lavice do akceptovanej súčasti procesu schvaľovania liekov.
Komerční hráči a trhová aktivita
S rastúcim vedeckým potvrdením a regulačnou podporou zaznamenalo odvetvie organ-on-a-chip nárast aktivity zo strany inovatívnych startupov, akademických spin-offov a dokonca aj etablovaných spoločností. Vznikol malý, ale rýchlo sa rozširujúci priemysel, ktorý sa zameriava na navrhovanie a dodávanie týchto „organ-on-chip“ platforiem farmaceutickým a výskumným organizáciám. Pravdepodobne najznámejším hráčom je Emulate, Inc., spoločnosť so sídlom v Bostone, ktorá vznikla z Wyssovho inštitútu na Harvarde (skupina, ktorá bola priekopníkom v oblasti lung-on-a-chip). Emulate vyrába rad organových čipov (pečeň, črevo, pľúca, mozog atď.) a je na čele komercializácie tejto technológie. Podľa generálneho riaditeľa spoločnosti Emulate záujem o ich organové čipy v poslednom čase prudko vzrástol – po tom, čo FDA oznámila svoj plán obmedziť testovanie na zvieratách, Emulate „dostával požiadavky od potenciálnych klientov“ a dokonca sa ozývali investori, ktorí chceli do spoločnosti investovať viac peňazí cen.acs.org. Je to jasný znak toho, že trh očakáva rastúci dopyt po organ-on-chip riešeniach, keďže farmaceutický priemysel mení svoje vývojové stratégie.
Emulate nie je jediný; niekoľko ďalších spoločností robí vlny. CN Bio, britská firma, ponúka organ-on-chip systémy a vyvinula multi-orgánovú platformu (často nazývanú „mikrofyziologický systém“), ktorá dokáže prepojiť pečeň s ďalšími orgánovými modulmi. CN Bio je aktívna v partnerstvách a v publikovaní validačných štúdií svojich pečeňových čipov na testovanie toxicity. MIMETAS, so sídlom v Holandsku, je ďalším lídrom – známy svojou technológiou OrganoPlate®, čo je v podstate mikrofluidná platňa obsahujúca množstvo miniatúrnych modelov orgánov na vysokokapacitný screening. MIMETAS si zabezpečil spoluprácu s veľkými farmaceutickými spoločnosťami; napríklad v roku 2023 uzavrel strategické partnerstvo s Astellas Pharma na využitie organ-on-chip modelov pre výskum liekov proti rakovine mimetas.com. Mimetas tiež spolupracoval s biotechnologickou spoločnosťou Argenx, ako už bolo spomenuté, pričom poskytol údaje z organových čipov pre IND podanie – míľnik, ktorý dokazuje komerčnú relevantnosť jeho platformy mimetas.com.
V Spojených štátoch sa Hesperos, Inc. (startup so sídlom na Floride, ktorý spoluzakladal priekopnícky výskumník Michael Shuler) zameriava na multi-orgánové systémy a ponúka testovacie služby využívajúce svoje modely „človek-na-čipe“. Podľa správ Hesperos spolupracoval s veľkými farmaceutickými spoločnosťami ako Sanofi, AstraZeneca a Apellis na skríningu kandidátov na lieky z hľadiska bezpečnosti a účinnosti pomocou svojich multi-orgánových čipov cen.acs.org. Tieto partnerstvá so známymi farmaceutickými firmami naznačujú, že aj veľké spoločnosti hodnotia údaje z organ-on-chip popri tradičných štúdiách. Ďalšou významnou americkou spoločnosťou je AxoSim, ktorá sa špecializuje na modely nervového systému a mozgu (napríklad „mini-mozgy“ a platformy nerve-on-chip) na testovanie neurologických účinkov; aj oni prilákali biotechnologických klientov, ktorí majú záujem hodnotiť neurotoxicitu bez použitia zvieracích modelov cen.acs.org.Sektor organ-on-a-chip zahŕňa aj spoločnosti ako TissUse (Nemecko), ktorá ponúka platformu „multi-orgánového bioreaktora“, a Nortis (USA), známu svojimi mikrofluidnými vaskulárnymi čipmi. Dokonca aj veľké zmluvné výskumné organizácie (CRO), ako je Charles River Laboratories, začali investovať do technológie organ-on-chip alebo spolupracovať so spoločnosťami vyrábajúcimi organové čipy criver.com (keďže predpokladajú, že klienti budú tieto testy požadovať). Stručne povedané, formuje sa ekosystém výrobcov, poskytovateľov služieb a spolupracovníkov.
Trh s organ-on-a-chip má veľmi sľubnú trajektóriu. Hoci je dnes v dolárovom vyjadrení stále relatívne malý, rastie veľmi rýchlym tempom. Správy z prieskumov trhu odhadujú, že globálny trh s organ-on-a-chip bol na začiatku 20. rokov 21. storočia na úrovni približne 150 miliónov dolárov, no predpovedajú explozívny rast (30–40 % ročne) v nasledujúcich rokoch grandviewresearch.com. Niektoré prognózy očakávajú, že trh dosiahne takmer 1 miliardu dolárov do konca tohto desaťročia grandviewresearch.com, pričom rast je poháňaný rastúcim využívaním v objavovaní liekov, testovaní toxicity a akademickom výskume. Tento rast je poháňaný nielen dopytom farmaceutického priemyslu, ale aj financovaním z vládnych iniciatív a výskumných grantov zameraných na zlepšenie testovacích metód. Napríklad agentúry ako americký NIH financovali programy „Tissue Chip“ na vývoj organ-on-chip modelov pre choroby a dokonca poslali niektoré z týchto čipov na Medzinárodnú vesmírnu stanicu na experimenty v mikrogravitácii (čím sa rozširuje rozsah využitia tejto technológie).
Záujem investorov o startupy zamerané na organ-on-a-chip technológie tomu zodpovedá. Rizikoví a korporátni investori vidia potenciál týchto technológií revolučne zmeniť časti predklinického výskumného trhu v hodnote viac ako 180 miliárd dolárov. Spoločnosť Emulate napríklad získala významné financovanie a uzavrela dohody o dodávke čipov na testovanie bezpečnosti liekov (jedno partnerstvo zahŕňalo Moderna, ktorá využila Emulate’s liver-on-a-chip na testovanie bezpečnosti lipidových nanočastíc používaných pri doručovaní mRNA vakcín) cen.acs.org. Keďže regulácie čoraz viac uprednostňujú ne-zvieracie dáta, farmaceutické spoločnosti môžu investovať viac zdrojov do testovania na organ-on-a-chip, aby si udržali náskok, čo ďalej posilní trh.
Samozrejme, s príležitosťou prichádza aj konkurencia a určité rastové bolesti. Spoločnosti musia dokázať, že ich konkrétne modely organ-on-a-chip sú spoľahlivé a vedecky platné. Často úzko spolupracujú s regulačnými orgánmi na schválení svojich zariadení. Objavili sa správy o menších spoločnostiach v oblasti organ-on-a-chip, ktoré čelia problémom s financovaním, najmä ak sú závislé od vládnych kontraktov, ktoré môžu kolísať cen.acs.org. Celkový trend je však taký, že komerčná aktivita sa zintenzívňuje. V tomto priestore dochádza aj ku konvergencii disciplín – biotechnologické firmy zamestnávajú mikroinžinierov, softvérových expertov aj biológov, aby tieto produkty zdokonalili. Ako sa objavuje viac úspešných príbehov (napríklad keď sa liek vyvinutý s pomocou organ-on-a-chip dostane na trh), ďalej to potvrdí obchodný potenciál tejto technológie. Stručne povedané, odvetvie organ-on-a-chip sa posúva z úzko špecializovanej, priekopníckej fázy do zrelšej fázy škálovania a integrácie do hlavného prúdu vývoja liekov, podporenej priaznivým regulačným a spoločenským vetrom do chrbta.
Etické a spoločenské dôsledky
Vzostup technológie organ-on-a-chip so sebou prináša zásadné etické a spoločenské dôsledky, väčšinou veľmi pozitívne, no zároveň aj určité úvahy o tom, ako vykonávame biomedicínsky výskum. Z etického hľadiska je najzrejmejším prínosom potenciál výrazne znížiť (a nakoniec eliminovať) používanie zvierat pri testovaní liekov a výskume. To rieši dlhodobý etický problém: tradičné testovanie liekov si vyžadovalo obetovanie nespočetného množstva zvierat, čo vyvolávalo obavy o ich dobré životné podmienky. Nahradenie týchto testov čipmi na báze ľudských buniek znamená, že oveľa menej zvierat by bolo vystavených experimentom. Organizácie na ochranu zvierat tento trend vítajú – keď FDA oznámila svoj odklon od testovania na zvieratách, skupiny za práva zvierat patrili medzi najhlasnejších oslávencov cen.acs.org. Aj verejnosť sa čoraz viac zaujíma o to, ako sú produkty testované. Prieskumy ukazujú, že spotrebitelia uprednostňujú eticky získané produkty a tlačia na zákonodarcov, aby konali v otázke testovania na zvieratách theregreview.org. Prechod k organ-on-a-chip je čiastočne reakciou na túto spoločenskú požiadavku po inováciách bez krutosti. Ponúka hmatateľné riešenie na otázku: „Ak nie zvieratá, tak ako?“ – a ukazuje, že môžeme zachovať bezpečnosť a vedeckú prísnosť bez toho, aby sme ubližovali zvieratám.
Ďalším etickým rozmerom je spravodlivosť a ľudská relevantnosť výskumu. Často zabúdame, že spoliehanie sa na zvieracie modely nie je riskantné len pre ľudí, ale môže byť aj nespravodlivé voči pacientom, ak zdržiava alebo zavádza vývoj liekov. Napríklad, ak sa liek na ľudskú chorobu neosvedčí na zvieratách a je odložený, ľudstvo na to doplatí, pretože biológia iného druhu sa nezhoduje s našou. Naopak, nebezpečný liek môže prejsť zvieracími testami a následne ublížiť ľudským dobrovoľníkom v klinických skúškach. Organ-on-a-chip to rieši tým, že sa zameriava na ľudskú biológiu od začiatku, čo môže viesť k bezpečnejším skúškam a menej tragédiám. Poskytovaním prediktívnejších údajov môže ušetriť ľudských dobrovoľníkov pred vystavením liekom, ktoré by aj tak zlyhali. V tomto zmysle organové čipy prospievajú spoločnosti tým, že zlepšujú bezpečnosť klinického výskumu – menej účastníkov skúšok je vystavených riziku – a možno aj urýchľujú vývoj liekov (keďže neúčinné zlúčeniny sa môžu vyradiť skôr a sľubné identifikovať s väčšou istotou).
Prechod na organ-on-a-chip a podobné metódy má tiež dôsledky pre vedeckú komunitu a pracovnú silu. Keďže testovanie na zvieratách prestáva byť ústredné, výskumníci budú potrebovať nové zručnosti (napríklad tkanivové inžinierstvo, mikrofluidiku a počítačovú analýzu), aby mohli tieto pokročilé in vitro systémy používať a rozvíjať. V laboratóriách a vo vzdelávaní môže dôjsť ku kultúrnej zmene: budúci toxikológovia a farmakológovia by sa mohli školiť na čipoch napodobňujúcich ľudské orgány namiesto učenia sa chirurgických zákrokov na laboratórnych zvieratách. To by mohlo od začiatku podporiť viac na človeka zamerané myslenie vo výskume. Z etického hľadiska je mnoho mladých vedcov nadšených z techník, ktoré nevyžadujú ubližovanie zvieratám, takže organové čipy môžu urobiť biomedicínsku kariéru atraktívnejšou pre tých, ktorí odmietajú používanie zvierat. Treba však dbať na riadenie prechodu pre tých, ktorých živobytie v súčasnosti závisí od výskumu na zvieratách (napríklad chovatelia laboratórnych zvierat alebo niektorí laboratórni technici). Postupom času je možné presmerovať zdroje – napríklad zariadenia, ktoré kedysi slúžili na chov zvierat, by sa mohli premeniť na laboratóriá pre tkanivové kultúry. Dúfame, že vedecký pokrok pôjde ruka v ruke s etickým pokrokom, pričom organ-on-a-chip na to poskytuje cestu.
Existujú aj širšie spoločenské otázky, ktoré treba zvážiť. Ak sa organ-on-a-chip a príbuzné technológie (ako organoidy a počítačové modely) stanú normou, spoločnosť bude musieť zabezpečiť, aby regulačné a právne rámce boli aktualizované a držali krok. Napríklad, ako určíme zodpovednosť, ak je liek schválený na základe novej metódy, ktorá neskôr ukáže nepredvídané účinky? Zabezpečenie riadnej validácie metód organ-on-a-chip pomáha toto riziko zmierniť. Niektorí etici tvrdia, že keď prechádzame na modely založené na ľudských bunkách, musíme tiež prehodnotiť, ako definujeme štandardy bezpečnosti a účinnosti – možno ich zvýšiť, keďže budeme mať presnejšie nástroje. V celosvetovom meradle je dôležitá aj spravodlivá dostupnosť týchto technológií: rozvojové krajiny môžu postrádať zdroje na rýchle zavedenie testovania na organových čipoch, takže by mohla vzniknúť potreba medzinárodnej podpory alebo prenosu technológií, inak by mohla vzniknúť priepasť, kde len niektoré krajiny spočiatku upustia od testovania na zvieratách.
Z pohľadu spoločenských hodnôt posun k testovaniu bez zvierat odráža rastúci súcit a rešpekt k iným živým tvorom. Zodpovedá myšlienke, že vedecký pokrok by nemal byť na úkor zbytočného utrpenia. Ak bude úspešná, technológia organ-on-a-chip by sa mohla stať predmetom verejnej hrdosti a podpory, podobne ako vesmírne preteky alebo iné veľké vedecké úspechy, pretože rieši morálnu dilemu a zároveň posúva vedu vpred. Môžeme sa dočkať budúcnosti, kde budú medicínske objavy oslavované nielen za záchranu ľudských životov, ale aj za to, že neberú životy zvierat v tomto procese. Už teraz vidíme, že jazyk v politických kruhoch rámcuje znižovanie testovania na zvieratách ako znak pokroku a inovácií ema.europa.eu.
Na záver možno povedať, že etické a spoločenské dôsledky technológie orgánov-na-čipe sú vo veľkej miere transformačné a pozitívne. Ponúka budúcnosť, v ktorej inovujeme humánnejšie, čím sa vedecké postupy zosúlaďujú s vyvíjajúcimi sa morálnymi očakávaniami spoločnosti. Samozrejme, kľúčová bude transparentnosť a vzdelávanie – verejnosť by mala byť oboznámená s týmito novými metódami a uistená o ich účinnosti, aby sa zachovala dôvera v spôsob testovania liekov. Ak orgán-na-čipe splní svoj sľub, možno sa na testovanie na zvieratách budeme pozerať ako na hrubý, zastaraný prístup podobný iným prekonaným praktikám v histórii medicíny. Cesta sa nekončí, ale každý pokrok v oblasti orgánov-na-čipe nás približuje k svetu, kde je možné vyvíjať život zachraňujúce lieky bez obetovania laboratórnych zvierat, na prospech ľudí aj zvierat.
Odborné pohľady a výhľad do budúcnosti
Mnohí odborníci v oblasti farmakológie, bioinžinierstva a etiky sú optimistickí, že technológia orgánov-na-čipe bude hrať ústrednú úlohu v budúcnosti vývoja liekov. Dr. Donald Ingber, harvardský profesor, ktorý viedol vývoj prvého pľúc-na-čipe, často poukazuje na to, že tieto systémy môžu „preklenúť priepasť“ medzi pokusmi v Petriho miskách a živými ľuďmi spôsobom, aký nič iné nedokáže. On aj ďalší zdôrazňujú, že orgánové čipy poskytujú experimentom ľudský kontext – niečo, čo zvieracie modely nikdy nebudú mať. Ako pribúdajú validačné údaje, dôvera v tieto systémy rastie. Lídri v odvetví, ako Jim Corbett zo spoločnosti Emulate, poukazujú na to, ako rýchlo sa veci menia: „Toto je jasný a zámerný posun,“ povedal Corbett o novom postoji FDA, pričom zdôraznil, že to, čo bolo kedysi futuristickou myšlienkou, sa teraz aktívne integruje do regulačnej vedy cen.acs.org.
Zároveň odborníci upozorňujú, že musíme byť realistickí a dôslední. Žiadna jediná metóda nevyrieši všetky problémy a orgán-na-čipe nie je všeliek. Dr. Anthony Holmes z NC3Rs vo Veľkej Británii poznamenal, že kombinácia metód – orgánové čipy, počítačové modelovanie, vysokokapacitné bunkové testy – spoločne nahradia testy na zvieratách a že kľúčová je spolupráca. Tento názor zdieľajú aj regulátori, ktorí zapájajú zainteresované strany prostredníctvom workshopov a pracovných skupín nist.gov. Budúcnosť, ktorú si predstavujú, je o „nových metodikách prístupu“, ktoré budú spolupracovať na zlepšení predikcií. V tejto budúcnosti je orgán-na-čipe vnímaný ako kľúčová technológia, ktorá dokáže simulovať reakcie ľudských orgánov, zatiaľ čo iné nástroje (ako počítačové modely) môžu simulovať systémovú fyziológiu alebo genetiku. Spoločne by tieto mohli urobiť testy na zvieratách zastaranými.
Jedným z pozoruhodných postrehov z priemyslu bol komentár generálneho riaditeľa spoločnosti Mimetas k IND podaniu podporenému ich údajmi z organ-on-chip: prijatie modelov relevantných pre človeka už v ranom štádiu môže urýchliť vývoj terapie mimetas.com. Toto odráža širšiu zmenu myslenia – používať ľudskú biológiu ako východiskovú testovaciu platformu namiesto spoliehania sa na extrapoláciu medzi druhmi. Očakáva sa, že s pribúdajúcimi úspešnými príbehmi (napríklad lieky, ktorých nebezpečný vedľajší účinok bol odhalený čipom, alebo terapia vyvinutá rýchlo vďaka čipom), sa celý farmaceutický paradigmatický model posunie k „human-first“ testovacím modelom. Spoločnosti, ktoré sa tomuto prispôsobia, pravdepodobne získajú konkurenčnú výhodu, keďže budú môcť rýchlo zlyhať (vylúčiť zlé lieky skôr) a sústrediť sa na sľubných kandidátov.
Odborníci predpovedajú do budúcnosti niekoľko fascinujúcich vývojov. Personalizovaná medicína by mohla byť výrazne posilnená vďaka organ-on-a-chip: predstavte si, že vezmete bunky od pacienta s konkrétnym typom rakoviny, vypestujete mikro-nádor na čipe spolu s pacientovými vlastnými imunitnými bunkami a potom otestujete panel liekov, aby ste zistili, ktorý funguje najlepšie – a to všetko ešte pred samotnou liečbou pacienta. Toto by sa mohlo stať realitou a umožnilo by to prispôsobiť liečbu jednotlivcom s bezprecedentnou presnosťou. Výskumníci sa tiež zaoberajú integráciou CRISPR génovej editácie s organ-on-chip na modelovanie genetických ochorení na čipe a testovanie génových terapií. Ďalšou oblasťou je environmentálne a chemické testovanie – regulačné agentúry zodpovedné za bezpečnosť chemikálií (nielen liekov) majú záujem o organ-on-chip na testovanie kozmetiky, potravinových aditív alebo priemyselných chemikálií na toxicitu bez použitia zvierat. EPA v USA má napríklad iniciatívy na zníženie testovania chemikálií na zvieratách do roku 2035 a organ-on-chip budú pravdepodobne súčasťou tohto riešenia.
Zhrnuté, odborný konsenzus je, že technológia organ-on-a-chip je na prahu revolúcie v spôsobe, akým pristupujeme k testovaniu liekov a výskumu chorôb, no na naplnenie jej plného potenciálu bude potrebné pokračovať v úsilí. Optimizmus je spojený s pocitom zodpovednosti: dôkladne tieto systémy validovať, zabezpečiť ich dostupnosť a správne používanie a široko zdieľať poznatky. Ako toto odvetvie dozrieva, kedysi vzdialená predstava vývoja liekov bez testovania na zvieratách sa stáva realitou. Každý malý mikrofluidný čip s ľudskými bunkami predstavuje vedecký prelom aj etický pokrok. Spoločne nás vedú k budúcnosti bezpečnejšieho, rýchlejšieho a humánnejšieho objavovania liekov – budúcnosti, kde laboratórne potkany, králiky a opice už nebudú štandardnými testovacími subjektmi a kde ľudská biológia na čipe ukazuje cestu k záchrane ľudských životov.
Zdroje:
- Ingber, D. et al., 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 (máj 2025) gao.gov
- Walrath, R., Chemical & Engineering News (máj 2025) – „Posun FDA od testovania na zvieratách otvára dvere výrobcom organoidov“ cen.acs.org
- Lake, D., Lab on a Chip Blog (RSC) – „Prelomové technológie v Organ-on-a-Chip“ (júl 2024) blogs.rsc.org
- Clarivate Analytics – „Mimo testovania na zvieratách: vzostup orgánov-na-čipe“ (okt 2024) b clarivate.com
- NIST News – „Vývoj štandardov pre výskum Organ-on-a-Chip“ (feb 2024) nist.govnist.gov
- EMA 3Rs Working Party Report (2023) – Kvalifikácia Organ-on-Chip na regulačné použitie ema.europa.eu
- Columbia Engineering News – „Plug-and-Play Organ-on-a-Chip“ (apr 2022) engineering.columbia.edu
- Mimetas Press Release – Údaje Organ-on-Chip v FDA IND aplikácii (júl 2024) mimetas.com
- RSPCA Science – Štatistiky zvierat vo výskume science.rspca.org.uk
- The Regulatory Review (Penn Law) – „Je čas ukončiť testovanie na zvieratách?“ (jan 2024) theregreview.org
- C&EN / Biospace – Trh s testovaním na zvieratách a miera neúspešnosti cen.acs.org
