Naukowcy tworzą żywą tkankę płuc drukowaną w technologii 3D

Naukowcy z UBC Okanagan opracowali biodrukowany model 3D, który wiernie odzwierciedla złożoność naturalnej tkanki płucnej. Jest to innowacja, która może zmienić sposób, w jaki naukowcy badają choroby płuc i opracowują nowe metody leczenia.

Dr Emmanuel Osei, adiunkt na Wydziale Nauk Ścisłych Irvinga K. Barbera, twierdzi, że model ten pozwala na produkcję tkanki, która pod względem złożoności bardzo przypomina ludzkie płuca, co może usprawnić badania nad chorobami układu oddechowego i rozwój leków.

„Aby móc prowadzić badania i testy, w ramach których analizujemy mechanizmy złożonych chorób płuc i ostatecznie znajdujemy nowe cele dla leków, musimy być w stanie stworzyć modele porównywalne z tkanką ludzką” – mówi.

Zespół badaczy wykorzystał biotusz wykonany z modyfikowanej polimerem światłoczułym żelatyny oraz polimer o nazwie diakrylan polietylenoglikolu do wydrukowania w technologii 3D hydrożelu zawierającego wiele typów komórek i kanałów, co pozwoliło na odtworzenie struktury naczyniowej ludzkich dróg oddechowych.

Po wydrukowaniu hydrożel zachowuje się podobnie do skomplikowanej struktury mechanicznej tkanki płucnej, co pozwala nam lepiej badać reakcje komórek na bodźce.

„Naszym celem było stworzenie bardziej istotnego fizjologicznie modelu in vitro ludzkich dróg oddechowych” – mówi dr Osei, który współpracuje również z Centrum Innowacji Serca i Płuc Uniwersytetu Kolumbii Brytyjskiej. „Integracja komponentów naczyniowych pozwala nam lepiej modelować środowisko płuc, co jest kluczowe dla badania chorób i testowania leków”.

Dr Osei wyjaśnił, że gdy u pacjenta zostanie zdiagnozowany rak płuc, chirurg – za zgodą pacjenta – może usunąć zaatakowany obszar wraz z pewną ilością zdrowej tkanki płucnej i przekazać te próbki badaczom.

„Jednak badacz nie ma kontroli nad ilością tkanki, którą otrzyma” – wyjaśnia. „Czasami może to być tylko niewielki fragment tkanki, który trafia do laboratorium i jest poddawany działaniu różnych substancji chemicznych w celu przeprowadzenia badań. Teraz, dzięki biodrukowi 3D, możemy wyizolować komórki z tych tkanek dawców i potencjalnie odtworzyć dodatkowe tkanki oraz próbki testowe, aby prowadzić badania w naszych laboratoriach, bez konieczności polegania na nowych próbkach od dawców”.

Wiele chorób płuc jest obecnie nieuleczalnych, w tym przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP), astma, idiopatyczne włóknienie płuc i nowotwory – powiedział dr Osei. Możliwość tworzenia modeli do testów to znaczący krok naprzód w badaniach nad chorobami układu oddechowego i rozwoju leków.

Badanie, którego wyniki opublikowano w czasopiśmie Biotechnology and Bioengineering we współpracy z Mitacs i przy wsparciu Providence Health Care, stanowi krok w kierunku zrozumienia aspektów chorób płuc, takich jak bliznowacenie i stan zapalny. Może ono doprowadzić do opracowania w przyszłości leków na wiele chorób.

W artykule opisano testy, w tym poddanie biodrukowanego modelu 3D działaniu ekstraktu z dymu papierosowego, co pozwoliło naukowcom zaobserwować wzrost stężenia cytokin prozapalnych, markerów reakcji zapalnej tkanki płucnej na nikotynę.

„Fakt, że udało nam się stworzyć ten model, a następnie wykorzystać konkretne czynniki wyzwalające, takie jak dym papierosowy, do zademonstrowania, w jaki sposób model reaguje na choroby płuc i jak je naśladuje, jest znaczącym krokiem naprzód w zrozumieniu złożonych mechanizmów chorób płuc i pomoże nam zrozumieć, jak je leczyć” – mówi dr Osei.

„Nasz model jest złożony, ale ze względu na powtarzalność i optymalną naturę biodrukowania, można go modyfikować, dodając dodatkowe typy komórek lub komórki pochodzące od konkretnych pacjentów, co czyni go potężnym narzędziem w medycynie spersonalizowanej i modelowaniu chorób”.

Dr Osei zauważa, że kontynuowanie tych prac stawia jego zespół badawczy w wyjątkowej pozycji, umożliwiającej współpracę z kolegami z organizacji takich jak Immunobiology Eminence Research Excellence Cluster na UBC, firmami biotechnologicznymi i wszystkimi osobami zainteresowanymi opracowywaniem biosztucznych modeli.