Mokslininkai sukūrė 3D spausdintuvu atspausdintą gyvą plaučių audinį

UBC Okanagan tyrėjai sukūrė 3D bioprintinį modelį, kuris labai tiksliai imituoja natūralaus plaučių audinio sudėtingumą – inovaciją, kuri galėtų pakeisti tai, kaip mokslininkai tiria plaučių ligas ir kuria naujus gydymo būdus.

Irvingo K. Barberio Mokslų fakulteto docentas dr. Emmanuelis Osei teigia, kad modelis sukuria audinį, kuris labai panašus į žmogaus plaučių sudėtingumą, o tai galėtų pagerinti kvėpavimo takų ligų tyrimus ir vaistų kūrimą.

„Kad galėtume atlikti tyrimus ir bandymus, kurių metu nagrinėjame sudėtingų plaučių ligų mechanizmus, kad galiausiai rastume naujus vaistų taikinius, turime sukurti modelius, kurie būtų palyginami su žmogaus audiniais“, – sako jis.

Tyrėjų komanda panaudojo iš šviesai jautrios polimeru modifikuotos želatinos ir polimero, vadinamo polietilenglikolio diakrilatu, pagamintą biologinį rašalą, kad 3D spausdintuvu atspausdintų hidrogelį, kuriame yra daug ląstelių tipų ir kanalų, ir atkurtų žmogaus kvėpavimo takų kraujagyslių struktūrą.

Atspausdintas hidrogelis elgiasi panašiai kaip sudėtinga mechaninė plaučių audinio struktūra, todėl geriau tiriame, kaip ląstelės reaguoja į dirgiklius.

„Mūsų tikslas buvo sukurti fiziologiškai aktualesnį žmogaus kvėpavimo takų in vitro modelį“, – sako dr. Osei, kuris taip pat dirba UBC Širdies ir plaučių inovacijų centre. „Integruodami kraujagyslių komponentus, galime geriau modeliuoti plaučių aplinką, o tai yra labai svarbu tiriant ligas ir testuojant vaistus.“

Dr. Osei paaiškino, kad kai žmogui diagnozuojamas plaučių vėžys, chirurgas, gavęs paciento sutikimą, gali pašalinti pažeistą vietą kartu su normaliu plaučių audiniu ir paaukoti šiuos mėginius tyrėjams.

„Tačiau tyrėjas negali kontroliuoti, kiek audinių gauna“, – aiškina jis. „Kartais tai gali būti tiesiog nedidelis audinio gabalėlis, kuris atnešamas į laboratoriją ir apdorojamas įvairiomis cheminėmis medžiagomis tyrimams. Dabar, naudodami 3D biospausdinimą, galime išskirti ląsteles iš šių donorinių audinių ir potencialiai atkurti papildomus audinius bei tyrimo mėginius, kad galėtume atlikti tyrimus savo laboratorijose, nesiremdami naujais donoriniais mėginiais.“

Daugelis plaučių ligų šiuo metu yra nepagydomos, įskaitant lėtinę obstrukcinę plaučių ligą (LOPL), astmą, idiopatinę plaučių fibrozę ir vėžį, teigė dr. Osei. Galimybė kurti modelius testavimui yra reikšmingas žingsnis į priekį kvėpavimo takų ligų tyrimuose ir vaistų kūrime.

Tyrimas, paskelbtas žurnale „Biotechnologija ir bioinžinerija“ bendradarbiaujant su „Mitacs“ ir remiamas „Providence Health Care“, yra žingsnis siekiant suprasti plaučių ligų aspektus, tokius kaip randai ir uždegimas, ir gali padėti ateityje išgydyti įvairias ligas.

Straipsnyje aprašyti bandymai, įskaitant biospausdinto 3D modelio veikimą cigarečių dūmų ekstraktu, kuris leido tyrėjams stebėti uždegiminių citokinų, plaučių audinio uždegiminio atsako į nikotiną žymenų, padidėjimą.

„Tai, kad mums pavyko sukurti šį modelį ir panaudoti konkrečius veiksnius, tokius kaip cigarečių dūmai, siekiant parodyti, kaip modelis reaguoja į plaučių ligų aspektus ir juos imituoja, yra reikšmingas žingsnis siekiant suprasti sudėtingus plaučių ligų mechanizmus ir padės mums suprasti, kaip jas gydyti“, – sako dr. Osei.

„Mūsų modelis yra sudėtingas, tačiau dėl biospausdinimo atkuriamumo ir optimalaus pobūdžio jį galima pritaikyti pridedant papildomų ląstelių tipų arba ląstelių, gautų iš konkrečių pacientų, todėl tai yra galinga priemonė personalizuotai medicinai ir ligų modeliavimui.“

Dr. Osei pažymi, kad tęsiant šį darbą jo tyrimų komanda atsiduria unikalioje padėtyje, leidžiančioje bendradarbiauti su kolegomis iš tokių organizacijų kaip UBC imunobiologijos iškilumo tyrimų kompetencijos klasteris, biotechnologijų įmonės ir visi, kurie domisi biodirbtinių modelių kūrimu.