Prva "pluća na čipu" koja dišu razvijena pomoću genetski identičnih ćelija

Istraživači iz Instituta Frensis Krik i kompanija AlveoliX razvili su prvi ljudski model "pluća na čipu" koristeći matične ćelije uzete od samo jedne osobe.

Ovi čipovi simuliraju pokrete disanja i plućne bolesti kod pojedinca, obećavajući testiranje tretmana za infekcije poput tuberkuloze i personalizovanu medicinu.

Preporučujemo

Vazdušne kesice u plućima, poznate kao alveole, bitne su za razmenu gasova i važna barijera protiv udahnutih virusa i bakterija kao uzroka respiratornih bolesti poput gripa ili tuberkuloze.

Istraživači rade na rekonstrukciji bitke između ljudskih ćelija i bakterija u laboratoriji putem izgradnje "pluća na čipu": malih ljudskih pluća na plastičnom čipu sa sićušnim kanalima i odeljcima. U ovom slučaju, cilj je bila rekonstrukcija alveola da bi razumeli kako reaguju na infekciju.

Dosad su ovi uređaji pravljeni od mešavine ćelija dobijenih od pacijenata i komercijalno dostupnih ćelija, što znači da ne mogu potpuno replikovati funkciju pluća ili napredovanje bolesti jednog pojedinca.

Novi model pluća na čipu sadrži samo genetski identične ćelije dobijene iz matičnih ćelija od jednog donora. Proizvedeni su tip I i II epitelnih ćelija alveola i vaskularnih endotelnih ćelija iz pluripotentnih matičnih ćelija, koje praktično mogu postati bilo koja ćelija u telu. Ove epitelne i endotelne ćelije su posebno uzgojene na gornjoj i donjoj strani vrlo tanke membrane u uređaju koji je proizvela biotehnološka kompanija AlveoliX kako bi se reprodukovala alveolna barijera.

U cilju dodatnog simuliranja ljudskih pluća, dizajnirane su specijalizovane mašine za primenu ritmičnih trodimenzionalnih sila rastezanja radi imitacije disanja. Ovo stimuliše formiranje mikroresica, ključne osobine epitelnih ćelija alveola da bi se povećala površina za plućne funkcije.

Zatim su u čip dodate imunske ćelije zvane makrofagi, takođe proizvedene iz matičnih ćelija istog donora, pre dodavanja bakterija tuberkuloze radi simuliranja ranih faza bolesti.

Na čipovima inficiranim tuberkulozom, istraživači su osmotrili velike grupe makrofaga sa "nekrotičnim jezgrima" – grupu mrtvih makrofaga u centru, okruženu živim makrofagima. Pet dana nakon infekcije, endotelne i epitelne ćelijske barijere su pale, pokazujući da je funkcija vazdušnih kesica uništena.

"S obzirom na rastuću potrebu za tehnologijama koje ne koriste životinje, pristup ‘organ na čipu’ postaje sve važniji za reprodukciju ljudskih sistema, izbegavajući razlike u anatomiji pluća, sastavu imunskih ćelija i razvoju bolesti između životinja i ljudi“, kažu naučnici.

"Sastavljeni od potpuno genetski identičnih ćelija, čipovi bi mogli biti napravljeni od matičnih ćelija ljudi sa određenim genetskim mutacijama. Ovo bi nam omogućilo da razumemo kako infekcije poput tuberkuloze utiču na pojedinca i testiramo efikasnost tretmana poput antibiotika".

Tuberkuloza je spora bolest, sa više meseci između infekcije i razvoja simptoma, tako da je sve veća potreba da se razume šta se dešava u nevidljivim ranim fazama.

"Uspešno smo imitirali ove inicijalne događaje u napredovanju tuberkuloze, dajući sveobuhvatnu sliku o tome kako različite ćelije pluća reaguju na infekcije. Uzbuđeni smo jer bi novi model mogao biti primenjen na ogroman spektar istraživanja, kao što su druge respiratorne infekcije ili rak pluća, i sad radimo na usavršavanju čipa inkorporirajući druge važne tipove ćelija", kažu istraživači.

(Telegraf Nauka/EurekAlert)