Органы на чипе

Орган-на-чипе вместо тестов лекарств на животных и людях

Традиционный способ тестирования медицинских препаратов — проверка их безопасности и эффективности сначала на животных, а затем на добровольцах. Клинические испытания — процесс длительный, дорогостоящий и строго регламентированный. Но даже при соблюдении всех мер предосторожности порой происходят несчастные случаи.

Один из самых известных произошел в 2006 году в Британии во время тестирования препарата TGN1412 для лечения лейкемии и аутоиммунных заболеваний. Согласно протоколу испытаний, двое добровольцев получили плацебо, а шестеро — одну пятисотую дозы лекарства, которую до этого успешно испытали на животных. Уже через час испытуемые почувствовали себя плохо: их мучали приступы удушья, рвота, жар, головная и мышечная боль, они начали терять сознание, а двое добровольцев впали в кому. У них развились тяжелейшие отеки, а один пациент настолько раздулся, что журналисты окрестили его человеком-слоном. К счастью, всех участников эксперимента тогда удалось спасти, но их здоровью был нанесен серьезный ущерб.

Позже выяснилось, что причиной трагедии стало наличие у человека субпопуляции иммунных клеток со специфическими рецепторами, которых нет у животных. Именно они вызвали цитокиновый шторм вместо того, чтобы контролировать иммунный ответ и снимать воспаление. Это было невозможно предположить на этапе клинических испытаний. Однако одну грубейшую ошибку британские ученые все же допустили: они ввели препарат сразу всем пациентам, вместо того чтобы вводить его последовательно с интервалом в два часа. В этом случае жертвой трагедии мог бы стать только один испытуемый.

Но даже когда тестирование проходит успешно, в клинических испытаниях есть проблема: чаще всего участниками становятся взрослые без серьезных проблем со здоровьем (кроме основного заболевания). А принимать лекарство в итоге может понадобиться всем: детям, беременным женщинам, людям старшего возраста и пациентам с хроническими заболеваниями. Для разных групп людей необходимы разные дозировки, которые нужно правильно рассчитать. Кроме того, есть индивидуальные реакции организма: аллергии или другие особенности. Даже при низкой вероятности побочных эффектов, например 0,1%, на каждую тысячу человек будет один пострадавший.

Для решения всех этих препятствий были разработаны технологии, получившие название органы-на-чипе.

История

2025: «Плацента-на-чипе» позволит изучить причины развития осложнений на поздних сроках беременности

Биологи из НИУ ВШЭ совместно с исследователями из НМИЦ АГП им. В.И. Кулакова используют микрофлюидные технологии для изучения преэклампсии. Это опасное осложнение затрагивает около 8% всех беременностей в мире. Преэклампсия начинает проявляться только на поздних сроках беременности — чаще всего высоким артериальным давлением, белком в моче и нарушениями функции органов. Несмотря на десятилетия исследований, точные причины заболевания остаются не до конца изученными, но ученые полагают, что истоки надо искать на этапе формирования плаценты. Об этом НИУ ВШЭ сообщила 18 августа 2025 года. Подробнее здесь.

2024: Объем мирового рынка «органов на чипе» за год превысил $154 млн

По итогам 2024 года расходы на глобальном рынке «органов на чипе» (Organ-on-a-chip) достигли $154,1 млн. Более 40% от этой суммы пришлось на североамериканский регион. Такие данные приводятся в исследовании Fortune Business Insights, результаты которого опубликованы 20 ноября 2025 года.

«Орган на чипе» — это миниатюрное микрофлюидное устройство, предназначенное для выращивания различных клеточных культур. Оно состоит из микроконтейнеров и микроканалов, которые имитируют среду живого организма, включая кровоток, доставку питательных веществ и кислорода. Такие изделия помогают изучать работу и отклик живых тканей на различные физические условия, раздражители, химические соединения и пр. Крошечные «органы на чипе» позволяют более реалистично моделировать функции органов, что невозможно при использовании традиционных методов.

В исследовании отмечается, что биотехнологические и фармацевтические компании все активнее применяют «органы на чипе» в связи с их преимуществами перед стандартными подходами. Эти устройства воссоздают трехмерную структуру тканей и микроокружение для более точного моделирования болезней. При разработке новых лекарственных препаратов «органы на чипе» дают возможность тестировать эффективность и токсичность соединений на доклиническом этапе, что ускоряет проведение исследований и снижает затраты. Потенциально токсичные вещества могут быть выявлены на ранних стадиях, благодаря чему минимизируются риски неудачи на более поздних этапах клинических испытаний. Кроме того, данный подход сокращает или полностью исключает необходимость использования животных в исследованиях.

Еще одним драйвером отрасли аналитики называют рост спроса на персонализированную и прецизионную медицину. Технология «органов на чипе» открывает путь для создания моделей заболеваний, специфичных для конкретного пациента, благодаря возможности использования его клеток. Это способствует разработке индивидуальных подходов к лечению. В частности, могут тестироваться различные виды терапии для подбора наиболее эффективного курса для определенного человека. «Органы на чипе» могут использоваться для моделирования редких заболеваний, а также для тестирования биоматериалов на совместимость и эффективность.

Стимулирующее влияние на рынок оказывает искусственный интеллект. Нейросети помогают в предиктивном моделировании фармакокинетики человека и прогрессирования заболеваний. Алгоритмы ИИ позволяют оценивать эффективность препаратов и возможное негативное воздействие на организм человека с большей точностью, чем традиционные методы. Кроме того, ИИ используется для создания комплексных моделей, имитирующих работу органов.

Аналитики сегментируют отрасль на продукты (устройства, расходные материалы и аксессуары) и услуги. В 2024 году львиную долю выручки — более 50% — обеспечило второе направление. По сфере применения выделяются разработка лекарственных препаратов, токсикологические исследования, моделирование заболеваний и др. Доминирует первый из этих сегментов. С географической точки зрения лидирует Северная Америка, на которую пришлось 44,6%, или $68,8 млн. Крупными отраслевыми игроками в глобальном масштабе названы:

• Emulate;
• Mimetas B.V.;
• InSphero;
• SynVivo;
• CN Bio Innovations;
• TissUse;
• Bico;
• AlveoliX AG;
• BiomimX S.r.l.;
• AIM Biotech.

В 2025 году объем рынка «органов на чипе», как ожидается, достигнет $210,4 млн. Аналитики Fortune Business Insights полагают, что в дальнейшем среднегодовой темп роста в сложных процентах (CAGR) составит около 30%. Таким образом, к 2032 году затраты могут увеличиться до $1,32 млрд.^[1]

2020: Разработка чипа для дозирования лекарственных средств в МИЭТ

23 марта 2020 года компания РВК сообщила Zdrav.Expert, что ученым Центра компетенций НТИ на базе МИЭТ разработан чип в виде микрофлюидного насоса для дозирования лекарственных средств. Разработка позволит снизить стоимость исследований и ускорить разработку лекарств и не требует проведения исследований на животных. Подробнее здесь.