Vedci vytvorili živé pľúcne tkanivo vytlačené 3D tlačou

Výskumníci z UBC Okanagan vyvinuli 3D biotlačený model, ktorý veľmi dobre napodobňuje komplexnosť prirodzeného pľúcneho tkaniva – inováciu, ktorá by mohla zmeniť spôsob, akým vedci študujú pľúcne choroby a vyvíjajú nové liečebné postupy.

Docent Dr. Emmanuel Osei z Fakulty prírodných vied Irvinga K. Barbera hovorí, že model vytvára tkanivo, ktoré sa svojou komplexnosťou veľmi podobá ľudským pľúcam, čo by mohlo zlepšiť testovanie respiračných ochorení a vývoj liekov.

„Aby sme mohli vykonávať náš výskum a testy, ktoré musíme vykonať, kde študujeme mechanizmy komplexných pľúcnych ochorení s cieľom nájsť nové liečivá, musíme byť schopní vytvoriť modely porovnateľné s ľudským tkanivom,“ hovorí.

Tím výskumníkov použil bioatrament vyrobený z fotosenzitívnej polymérom modifikovanej želatíny a polyméru nazývaného polyetylénglykoldiakrylát na 3D tlač hydrogélu obsahujúceho viacero typov buniek a kanálov, aby znovu vytvoril cievnu štruktúru ľudských dýchacích ciest.

Po vytlačení sa hydrogél správa podobne ako komplexná mechanická štruktúra pľúcneho tkaniva, čím zlepšuje spôsob, akým študujeme, ako bunky reagujú na podnety.

„Naším cieľom bolo vytvoriť fyziologicky relevantnejší in vitro model ľudských dýchacích ciest,“ hovorí Dr. Osei, ktorý tiež pracuje s Centrom pre inovácie srdca a pľúc na UBC. „Integráciou cievnych komponentov môžeme lepšie modelovať pľúcne prostredie, čo je kľúčové pre štúdium chorôb a testovanie liekov.“

Dr. Osei vysvetlil, že keď je u človeka diagnostikovaná rakovina pľúc, chirurg – so súhlasom pacienta – môže odstrániť postihnutú oblasť spolu s časťou normálnej pľúcnej tkanivovej tkaniva a tieto vzorky darovať výskumníkom.

„Výskumník však nemá žiadnu kontrolu nad tým, koľko tkaniva dostane,“ vysvetľuje. „Niekedy to môže byť len malý kúsok tkaniva, ktorý sa prinesie do laboratória a ošetrí sa rôznymi chemikáliami na testovanie. Teraz, s 3D biotlačou, môžeme izolovať bunky z týchto darcovských tkanív a potenciálne znovu vytvoriť ďalšie tkanivo a testovať vzorky na vykonávanie výskumu v našich laboratóriách bez toho, aby sme sa spoliehali na nové vzorky od darcov.“

Mnohé pľúcne ochorenia sú v súčasnosti nevyliečiteľné, vrátane chronickej obštrukčnej choroby pľúc (CHOCHP), astmy, idiopatickej pľúcnej fibrózy a rakoviny, povedal Dr. Osei. Schopnosť vytvárať modely na testovanie je významným krokom vpred vo výskume respiračných ochorení a vývoji liekov.

Štúdia, publikovaná v časopise Biotechnology and Bioengineering v spolupráci s Mitacs a s podporou Providence Health Care, je krokom k pochopeniu aspektov pľúcnych ochorení, ako sú zjazvenie a zápal, a môže viesť k budúcim liečebným postupom pre rôzne ochorenia.

V článku boli opísané testy vrátane vystavenia biotlačeného 3D modelu extraktu z cigaretového dymu, čo umožnilo výskumníkom pozorovať zvýšenie prozápalových cytokínov, markerov zápalovej reakcie pľúcneho tkaniva na nikotín.

„Skutočnosť, že sme dokázali vytvoriť tento model a potom použiť špecifické spúšťače, ako napríklad cigaretový dym, na demonštráciu toho, ako model reaguje na aspekty pľúcnych ochorení a napodobňuje ich, je významným krokom vpred v pochopení komplexných mechanizmov pľúcnych ochorení a pomôže nám pochopiť, ako ich liečiť,“ hovorí Dr. Osei.

„Náš model je zložitý, ale vďaka reprodukovateľnosti a optimálnej povahe biotlače ho možno prispôsobiť pridaním ďalších typov buniek alebo buniek odvodených od konkrétnych pacientov, čím sa stáva silným nástrojom pre personalizovanú medicínu a modelovanie chorôb.“

Dr. Osei poznamenáva, že pokračovanie v tejto práci stavia jeho výskumný tím do jedinečnej pozície na spoluprácu s kolegami z organizácií, ako je napríklad Immunobiology Eminence Research Excellence Cluster na UBC, biotechnologickými spoločnosťami a každým, kto má záujem o vývoj bioumelých modelov.