Znanstveniki ustvarjajo 3D-natisnjeno živo pljučno tkivo

Raziskovalci na univerzi UBC Okanagan so razvili 3D-model biotiskanja, ki natančno posnema kompleksnost naravnega pljučnega tkiva – inovacija, ki bi lahko spremenila način, kako znanstveniki preučujejo pljučne bolezni in razvijajo nova zdravljenja.

Izredni profesor dr. Emmanuel Osei na Fakulteti za naravoslovje Irvinga K. Barberja pravi, da model proizvaja tkivo, ki je po kompleksnosti zelo podobno človeškim pljučem, kar bi lahko izboljšalo testiranje bolezni dihal in razvoj zdravil.

»Da bi lahko opravili naše raziskave in teste, ki jih moramo opraviti, kjer preučujemo mehanizme kompleksnih pljučnih bolezni, da bi na koncu našli nove tarče zdravil, moramo biti sposobni ustvariti modele, ki so primerljivi s človeškim tkivom,« pravi.

Ekipa raziskovalcev je za 3D-tiskanje hidrogela, ki vsebuje več vrst celic in kanalov, uporabila biočrnilo iz fotosenzitivne polimerno modificirane želatine in polimera, imenovanega polietilenglikol diakrilat, da bi poustvarila žilno strukturo človeških dihalnih poti.

Ko je hidrogel natisnjen, se obnaša podobno kot kompleksna mehanska struktura pljučnega tkiva, kar izboljša način, kako preučujemo, kako se celice odzivajo na dražljaje.

»Naš cilj je bil ustvariti fiziološko bolj relevanten in vitro model človeških dihalnih poti,« pravi dr. Osei, ki sodeluje tudi s Centrom za inovacije srca in pljuč na Univerzi Britanske Kolumbije. »Z integracijo žilnih komponent lahko bolje modeliramo pljučno okolje, kar je ključnega pomena za preučevanje bolezni in testiranje zdravil.«

Dr. Osei je pojasnil, da lahko kirurg, ko osebi diagnosticirajo pljučnega raka, s pacientovim soglasjem odstrani prizadeto območje skupaj z nekaj normalnega pljučnega tkiva in te vzorce podari raziskovalcem.

»Vendar pa raziskovalec nima nadzora nad količino tkiva, ki ga prejme,« pojasnjuje. »Včasih gre morda le za majhen košček tkiva, ki ga prinesejo v laboratorij in ga obdelajo z različnimi kemikalijami za testiranje. Zdaj lahko s 3D-biološkim tiskanjem izoliramo celice iz teh darovalskih tkiv in potencialno ponovno ustvarimo dodatno tkivo ter testiramo vzorce za izvajanje raziskav v naših laboratorijih, ne da bi se zanašali na nove darovalske vzorce.«

Številne pljučne bolezni so trenutno neozdravljive, vključno s kronično obstruktivno pljučno boleznijo (KOPB), astmo, idiopatsko pljučno fibrozo in rakom, je dejal dr. Osei. Zmožnost ustvarjanja modelov za testiranje je pomemben korak naprej pri raziskavah bolezni dihal in razvoju zdravil.

Študija, objavljena v reviji Biotechnology and Bioengineering v sodelovanju z Mitacs in podprta s strani Providence Health Care, je korak k razumevanju vidikov pljučnih bolezni, kot so brazgotinjenje in vnetje, in bi lahko v prihodnosti vodila do zdravil za različne bolezni.

V članku so opisani testi, vključno z izpostavljanjem biotiskanega 3D-modela ekstraktu cigaretnega dima, kar je raziskovalcem omogočilo opazovanje povečanja provnetnih citokinov, označevalcev vnetnega odziva pljučnega tkiva na nikotin.

»Dejstvo, da smo lahko ustvarili ta model in nato uporabili specifične sprožilce, kot je cigaretni dim, da bi prikazali, kako se model odziva na in posnema vidike pljučnih bolezni, je pomemben korak naprej pri razumevanju kompleksnih mehanizmov pljučnih bolezni in nam bo pomagal razumeti, kako jih zdraviti,« pravi dr. Osei.

»Naš model je kompleksen, vendar ga je zaradi ponovljivosti in optimalne narave biotiskanja mogoče prilagoditi z dodajanjem dodatnih vrst celic ali celic, pridobljenih od določenih bolnikov, zaradi česar je močno orodje za personalizirano medicino in modeliranje bolezni.«

Dr. Osei ugotavlja, da nadaljevanje tega dela postavlja njegovo raziskovalno skupino v edinstven položaj za sodelovanje s kolegi iz organizacij, kot je UBC-jev Immunobiology Eminence Research Excellence Cluster, biotehnološka podjetja in vsi, ki jih zanima razvoj bioumetnih modelov.