Zinātnieki izveido 3D drukātus dzīvus plaušu audus

UBC Okanagan pētnieki ir izstrādājuši 3D bioprintētu modeli, kas precīzi atdarina dabisko plaušu audu sarežģītību — inovāciju, kas varētu pārveidot to, kā zinātnieki pēta plaušu slimības un izstrādā jaunas ārstēšanas metodes.

Irvinga K. Barbera Zinātņu fakultātes asociētais profesors Dr. Emanuels Osei saka, ka modelis rada audus, kas ir ļoti līdzīgi cilvēka plaušu sarežģītībai, kas varētu uzlabot elpceļu slimību testēšanu un zāļu izstrādi.

“Lai veiktu pētījumus un testus, kas mums jāveic, kur mēs pētām sarežģītu plaušu slimību mehānismus, lai galu galā atrastu jaunus zāļu mērķus, mums jāspēj izveidot modeļus, kas ir salīdzināmi ar cilvēka audiem,” viņš saka.

Pētnieku komanda izmantoja biotintes, kas izgatavotas no gaismjutīga polimēru modificēta želatīna un polimēra, ko sauc par polietilēnglikola diakrilātu, lai 3D drukātu hidrogelu, kas satur vairākus šūnu tipus un kanālus, lai atjaunotu cilvēka elpceļu asinsvadu struktūru.

Kad hidrogels ir izdrukāts, tas uzvedas līdzīgi kā plaušu audu sarežģītā mehāniskā struktūra, uzlabojot veidu, kā mēs pētām šūnu reakciju uz stimuliem.

“Mūsu mērķis bija izveidot fizioloģiski atbilstošāku cilvēka elpceļu in vitro modeli,” saka Dr. Osei, kurš strādā arī ar UBC Sirds un plaušu inovāciju centru. “Integrējot asinsvadu komponentus, mēs varam labāk modelēt plaušu vidi, kas ir ļoti svarīgi slimību pētīšanai un zāļu testēšanai.”

Dr. Osei paskaidroja, ka, kad cilvēkam tiek diagnosticēts plaušu vēzis, ķirurgs — ar pacienta piekrišanu — var izņemt skarto zonu kopā ar dažiem normāliem plaušu audiem un ziedot šos paraugus pētniekiem.

“Tomēr pētniekam nav nekādas kontroles pār to, cik daudz audu viņš saņem,” viņš skaidro. “Dažreiz tas var būt tikai neliels audu gabaliņš, kas tiek atnests uz laboratoriju un apstrādāts ar dažādām ķīmiskām vielām testēšanai. Tagad, pateicoties 3D bioprintēšanai, mēs varam izolēt šūnas no šiem donoru audiem un potenciāli atjaunot papildu audus un testa paraugus, lai veiktu pētījumus mūsu laboratorijās, nepaļaujoties uz jauniem donoru paraugiem.”

Daudzas plaušu slimības pašlaik ir neārstējamas, tostarp hroniska obstruktīva plaušu slimība (HOPS), astma, idiopātiska plaušu fibroze un vēzis, sacīja Dr. Osei. Spēja radīt modeļus testēšanai ir nozīmīgs solis uz priekšu elpceļu slimību pētniecībā un zāļu izstrādē.

Pētījums, kas publicēts žurnālā "Biotechnology and Bioengineering" sadarbībā ar Mitacs un ko atbalsta Providence Health Care, ir solis ceļā uz plaušu slimību aspektu, piemēram, rētu veidošanās un iekaisuma, izpratni un varētu novest pie dažādu slimību ārstēšanas nākotnē.

Rakstā aprakstīti testi, tostarp bioprintēta 3D modeļa pakļaušana cigarešu dūmu ekstraktam, kas ļāva pētniekiem novērot iekaisumu veicinošu citokīnu, plaušu audu iekaisuma reakcijas uz nikotīnu marķieru, pieaugumu.

“Tas, ka mēs varējām izveidot šo modeli un pēc tam izmantot specifiskus ierosinātājus, piemēram, cigarešu dūmus, lai parādītu, kā modelis reaģē uz plaušu slimību aspektiem un tos atdarina, ir nozīmīgs solis uz priekšu plaušu slimību sarežģīto mehānismu izpratnē un palīdzēs mums saprast, kā tās ārstēt,” saka Dr. Osei.

"Mūsu modelis ir sarežģīts, taču, pateicoties bioprintēšanas reproducējamībai un optimālajam raksturam, to var pielāgot, pievienojot papildu šūnu tipus vai šūnas, kas iegūtas no konkrētiem pacientiem, padarot to par spēcīgu instrumentu personalizētai medicīnai un slimību modelēšanai."

Dr. Osei norāda, ka šī darba turpināšana nostāda viņa pētniecības komandu unikālā pozīcijā, lai sadarbotos ar kolēģiem no tādām organizācijām kā UBC Imunobioloģijas izcilības pētniecības izcilības klasteris, biotehnoloģiju uzņēmumiem un ikvienam, kas ir ieinteresēts biomākslīgo modeļu izstrādē.