Budućnost je stigla, osmišljen naučnofantastični sistem: Kiborg tkivo obnavlja pankreas razoren dijabetesom

Novi sistem elektronskih implantata mogao bi da pomogne laboratorijski uzgojenim ćelijama pankreasa da sazru i pravilno funkcionišu, što potencijalno pruža osnovu za nove ćelijske terapije za dijabetes, saopštio je Univerzitet u Pensilvaniji.

Ovaj pristup, koji su razvili istraživači sa Medicinskog fakulteta Perelman Univerziteta u Pensilvaniji i Fakulteta za inženjerstvo i primenjene nauke Harvarda, integriše ultratanku mrežu provodljivih žica u tkivo pankreasa koje raste, navodi se u studiji objavljenoj u žurnalu Science.

Preporučujemo

- Reči bionički, kibernetički, kiborg... sve se one odnose na uređaj koji smo napravili. Ono što mi radimo je poput duboke stimulacije za pankreas. Baš kao što pejsmejkeri pomažu srcu da održi ritam, kontrolisani električni impulsi mogu pomoći ćelijama pankreasa da se razvijaju i funkcionišu onako kako bi trebalo – rekao je Huan Alvarez, docent biologije ćelije i razvojne biologije.

Iako ovi termini mogu zvučati futuristički, on je napomenuo da se ovaj pristup već koristi u obliku duboke stimulacije mozga, kojom se leče neurološka stanja.

Kod dijabetesa tipa 1, imunosistem greškom napada grupe ćelija koje luče hormone, poznate kao Langerhasova ostrvca, uništavajući njihovu sposobnost da stvaraju insulin – signal koji snižava nivo šećera u krvi. U najtežim slučajevima dijabetesa tipa 1, a povremeno i tipa 2, pacijenti moraju da zamene izgubljene i oštećene ćelije - bilo celim pankreasom, njegovim delovima ili samim ćelijama ostrvaca.

Sve ove opcije su često deficitarne, što primorava pacijente da čekaju godinu dana ili duže na transplantaciju pankreasa ili ćelija ostrvaca. Nakon zahvata, moraju doživotno da uzimaju imunosupresive kako bi osigurali da njihovo telo ne odbaci transplantat. Međutim, tkivo pankreasa uzgojeno u laboratoriji nema ove nedostatke.

Istraživači u Alvarezovoj laboratoriji udružili su se sa laboratorijom Đia Liua na Univerzitetu Harvard kako bi usadili finu, elektroprovodljivu mrežicu u delove tkiva pankreasa u razvoju, sposobnu da detektuje električne signale iz ćelija ostrvaca. Zatim su uveli prirodni, 24-časovni ritam električne aktivnosti, podstičući ćelije da sazru i pravilno reaguju na šećer, čime su prevazišli veliki izazov u uzgoju potpuno funkcionalnog tkiva pankreasa van tela. Takvi alternativni transplantati obećavaju dramatično proširenje zaliha novog tkiva i, ako se pravilno konstruišu, smanjenje rizika od odbacivanja.

Ovaj pristup navođenja ljudskih matičnih ćelija da proizvode beta-ćelije i druge ćelije koje luče hormone već se testira u kliničkim ispitivanjima. Ipak, ključni izazov je ostao: čak i uz ovaj električni podsticaj, laboratorijski uzgojene ćelije često ne sazrevaju u potpunosti i možda ne oslobađaju insulin i druge hormone tako pouzdano kao prirodne.

Alvarez i ko-vodeći autor Đia Liu, doktor nauka, krenuli su da razumeju kako bi ćelije mogle postati sposobne da ispune svoj poziv.

- Volim to da zovem trenutkom kada ćelije doktoriraju. To je kada ćelije prestanu da budu neodlučni studenti osnovnih studija i posvete se svom karijernom putu kao ćelije pankreasa ili ostrvaca - rekao je Alvarez.

Alvarezova laboratorija je specijalizovana za uzgoj trodimenzionalnih delova tkiva pankreasa zvanih organoidi, dok Liuova laboratorija razvija elektronske implantate slične tkivu. Da bi stvorili takozvano kiborg tkivo, postavili su rastegljivu mrežicu - tanju od ljudske vlasi - između slojeva ćelija, koje su se potom grupisale i formirale ostrvca. Ova postavka je omogućila timu da beleži električnu aktivnost pojedinačnih ćelija ostrvaca tokom dva meseca i stekne novi uvid u ovaj prelaz, uključujući ulogu cirkadijalnih ritmova.

U prethodnim istraživanjima Alvarezova laboratorija je pokazala da izlaganje funkcionalno nezrelih ćelija cirkadijalnom ritmu - poput prirodnog 24-časovnog unutrašnjeg sata tela koji reguliše ciklus spavanja i budnosti, varenje i druge sisteme - podstiče ćelije da se potpuno razviju u svoje zrele, specijalizovane uloge. Tim je otkrio da su nakon četiri dana ćelije nastavile same da ciklično funkcionišu.

Ovaj novi ritam podstakao je ćelije ostrvaca da sazru tako da luče hormone u pravo vreme. Podaci su, u međuvremenu, pokazali da početni ciklusi nisu samo naučili pojedinačne ćelije novom električnom ponašanju, već se činilo da su pomogli ćelijama da počnu da rade usklađeno jedna sa drugom, poput koordinisanog tima, rekao je Alvarez.

Alvarez predviđa dva načina na koja bi ovo istraživanje moglo dovesti do alternativa za transplantaciju. Možda bi laboratorijski uzgojene ćelije ostrvaca mogle biti stimulisane strujom kako bi se pripremile za ulazak u pacijenta, a zatim ostavljene da same proizvode, skladište i oslobađaju insulin. Ili bi, možda, mrežica mogla ostati na mestu kako bi pratila i stimulisala ćelije ostrvaca. Ovaj pristup bi mogao osigurati da ćelije ne regrediraju i tako prestanu da reaguju na insulin, što se može desiti usled stresa ili bolesti.

Na kraju, veštačka inteligencija (VI) bi mogla da kontroliše takav sistem, prateći ćelije i stimulišući ih po potrebi.

- U budućnosti bismo mogli imati sistem koji radi bez ljudske intervencije - rekao je Alvarez.

(Telegraf Nauka/Penn Medicine)