Vědci vytvořili 3D tiskem živou plicní tkáň

Výzkumníci z univerzity UBC Okanagan vyvinuli 3D biotisknutý model, který velmi věrně napodobuje složitost přirozené plicní tkáně – inovaci, která by mohla změnit způsob, jakým vědci studují plicní onemocnění a vyvíjejí nové léčebné metody.

Docent Dr. Emmanuel Osei z Přírodovědecké fakulty Irvinga K. Barbera říká, že model produkuje tkáň, která se svou složitostí velmi podobá lidským plicím, což by mohlo zlepšit testování respiračních onemocnění a vývoj léků.

„Abychom mohli provádět náš výzkum a testy, které musíme provést, kdy studujeme mechanismy komplexních plicních onemocnění, abychom nakonec našli nové cíle pro léky, musíme být schopni vytvořit modely srovnatelné s lidskou tkání,“ říká.

Tým výzkumníků použil bioinkoust vyrobený z fotosenzitivní polymerem modifikované želatiny a polymeru zvaného polyethylenglykoldiakrylát k 3D tisku hydrogelu obsahujícího více typů buněk a kanálů, aby znovu vytvořil cévní strukturu lidských dýchacích cest.

Po vytištění se hydrogel chová podobně jako složitá mechanická struktura plicní tkáně, což zlepšuje způsob, jakým studujeme, jak buňky reagují na podněty.

„Naším cílem bylo vytvořit fyziologicky relevantnější in vitro model lidských dýchacích cest,“ říká Dr. Osei, který také pracuje s Centrem pro inovace srdce a plic na UBC. „Integrací cévních složek můžeme lépe modelovat plicní prostředí, což je klíčové pro studium nemocí a testování léků.“

Dr. Osei vysvětlil, že když je u člověka diagnostikována rakovina plic, chirurg – se souhlasem pacienta – může odstranit postiženou oblast spolu s trochou normální plicní tkáně a tyto vzorky darovat výzkumníkům.

„Výzkumník však nemá žádnou kontrolu nad tím, kolik tkáně dostane,“ vysvětluje. „Někdy se může jednat jen o malý kousek tkáně, který je přinesen do laboratoře a ošetřen různými chemikáliemi k testování. Nyní, s 3D biotisknutím, můžeme izolovat buňky z těchto dárcovských tkání a potenciálně znovu vytvořit další tkáň a testovat vzorky pro provádění výzkumu v našich laboratořích, aniž bychom se spoléhali na nové vzorky od dárců.“

Mnoho plicních onemocnění je v současnosti nevyléčitelných, včetně chronické obstrukční plicní nemoci (CHOPN), astmatu, idiopatické plicní fibrózy a rakoviny, uvedl Dr. Osei. Schopnost vytvářet modely pro testování je významným krokem vpřed ve výzkumu respiračních onemocnění a vývoji léků.

Studie, publikovaná v časopise Biotechnology and Bioengineering ve spolupráci s Mitacs a s podporou Providence Health Care, je krokem k pochopení aspektů plicních onemocnění, jako je zjizvení a zánět, a může vést k budoucím léčbám řady onemocnění.

Článek popisuje testy zahrnující vystavení biotištěného 3D modelu extraktu z cigaretového kouře, což umožnilo vědcům pozorovat zvýšení prozánětlivých cytokinů, markerů zánětlivé reakce plicní tkáně na nikotin.

„Skutečnost, že jsme byli schopni vytvořit tento model a poté použít specifické spouštěče, jako je cigaretový kouř, k demonstraci toho, jak model reaguje na aspekty plicních onemocnění a napodobuje je, je významným krokem vpřed v pochopení složitých mechanismů plicních onemocnění a pomůže nám pochopit, jak je léčit,“ říká Dr. Osei.

„Náš model je složitý, ale díky reprodukovatelnosti a optimální povaze biotisků jej lze upravit přidáním dalších typů buněk nebo buněk odvozených od konkrétních pacientů, což z něj činí mocný nástroj pro personalizovanou medicínu a modelování onemocnění.“

Dr. Osei poznamenává, že pokračování v této práci staví jeho výzkumný tým do jedinečné pozice pro spolupráci s kolegy z organizací, jako je Immunobiology Eminence Research Excellence Cluster UBC, biotechnologickými společnostmi a s kýmkoli, kdo se zajímá o vývoj bioumělých modelů.