Teadlased loovad 3D-prinditud elava kopsukoe

UBC Okanagani teadlased on välja töötanud 3D-bioprinditud mudeli, mis jäljendab täpselt loodusliku kopsukoe keerukust – see innovatsioon võib muuta seda, kuidas teadlased uurivad kopsuhaigusi ja arendavad uusi ravimeetodeid.

Irving K. Barberi loodusteaduskonna dotsent dr Emmanuel Osei ütleb, et mudel toodab kude, mis sarnaneb inimese kopsu keerukusega, mis võib parandada hingamisteede haiguste testimist ja ravimite väljatöötamist.

„Selleks, et saaksime teha oma uuringuid ja teste, mida peame tegema, kus uurime keeruliste kopsuhaiguste mehhanisme, et lõpuks leida uusi ravimisihtmärke, peame suutma luua mudeleid, mis on võrreldavad inimkoega,“ ütleb ta.

Teadlaste meeskond kasutas valgustundlikust polümeermodifitseeritud želatiinist ja polüetüleenglükooldiakrülaadi nimelisest polümeerist valmistatud biotinti, et 3D-printida hüdrogeel, mis sisaldab mitut tüüpi rakke ja kanaleid, et taastada inimese hingamisteede veresoonte struktuur.

Pärast printimist käitub hüdrogeel sarnaselt kopsukoe keerulise mehaanilise struktuuriga, parandades seda, kuidas me uurime, kuidas rakud stiimulitele reageerivad.

„Meie eesmärk oli luua inimese hingamisteede füsioloogiliselt asjakohasem in vitro mudel,“ ütleb dr Osei, kes töötab ka UBC südame- ja kopsuinnovatsioonikeskuses. „Veresoonte komponentide integreerimise abil saame paremini modelleerida kopsukeskkonda, mis on haiguste uurimisel ja ravimite testimisel kriitilise tähtsusega.“

Dr Osei selgitas, et kui inimesel diagnoositakse kopsuvähk, saab kirurg – patsiendi nõusolekul – eemaldada kahjustatud piirkonna koos osa normaalse kopsukoega ja annetada need proovid teadlastele.

„Teadlasel puudub aga kontroll selle üle, kui palju kude ta saab,“ selgitab ta. „Mõnikord võib see olla lihtsalt väike koetükk, mis tuuakse laborisse ja töödeldakse testimiseks erinevate kemikaalidega. Nüüd saame 3D-bioprintimise abil eraldada rakke nendest doonorkudedest ja potentsiaalselt luua täiendavaid kudesid ja testida proove, et teha uuringuid oma laborites ilma uute doonorproovideta.“

Dr Osei ütles, et paljud kopsuhaigused, sealhulgas krooniline obstruktiivne kopsuhaigus (KOK), astma, idiopaatiline kopsufibroos ja vähk, on praegu ravimatud. Võimalus luua testimiseks mudeleid on märkimisväärne samm edasi hingamisteede haiguste uurimisel ja ravimite väljatöötamisel.

Uuring, mis avaldati ajakirjas Biotechnology and Bioengineering koostöös Mitacsiga ja mida toetab Providence Health Care, on samm kopsuhaiguste aspektide, näiteks armistumise ja põletiku mõistmise suunas ning võib tulevikus viia mitmesuguste haiguste ravimiseni.

Artiklis kirjeldati katseid, sealhulgas bioprinditud 3D-mudeli kokkupuudet sigaretisuitsu ekstraktiga, mis võimaldas teadlastel jälgida põletikuliste tsütokiinide suurenemist, mis on kopsukoe põletikulise reaktsiooni markerid nikotiinile.

„Asjaolu, et meil õnnestus luua see mudel ja seejärel kasutada spetsiifilisi päästikuid, näiteks sigaretisuitsu, et näidata, kuidas mudel reageerib kopsuhaiguste aspektidele ja neid jäljendab, on oluline samm edasi kopsuhaiguste keerukate mehhanismide mõistmisel ja aitab meil mõista, kuidas neid ravida,“ ütleb dr Osei.

„Meie mudel on keeruline, kuid bioprintimise reprodutseeritavuse ja optimaalse olemuse tõttu saab seda kohandada, lisades täiendavaid rakutüüpe või konkreetsetelt patsientidelt saadud rakke, muutes selle võimsaks tööriistaks personaalse meditsiini ja haiguste modelleerimiseks.“

Dr Osei märgib, et selle töö jätkamine annab tema uurimisrühmale ainulaadse positsiooni teha koostööd kolleegidega sellistest organisatsioonidest nagu UBC Immunobiology Eminence Research Excellence Cluster, biotehnoloogiaettevõtted ja kõik, kes on huvitatud biokunstlike mudelite väljatöötamisest.