Știința se inspiră de pretutindeni pentru o descoperire. O placă lipicioasă cu bacterii ne-a oferit primul antibiotic - penicilina. Combinarea drojdiei cu un electrod de platină sub tensiune ne-a oferit un medicament puternic de chimioterapie - cisplatina. Dr. Andrew Pelling, de la Universitatea din Ottawa, își trage ideile radicale din clasicul științifico ficțiune The Little Horror Store. În special, îi place principalul antagonist al filmului: planta canibalistică Aubrey 2.
Este ceva care arată ca o plantă cu trăsături de mamifere, a spus Pelling în cadrul conferinței Exponențiale de Medicină din San Diego, săptămâna aceasta. "Așa că am început să ne întrebăm: acest lucru poate fi crescut într-un laborator?"
Scopul final al lui Pelling, desigur, nu este să aducă viață un monstru științific. În schimb, el vrea să înțeleagă dacă plantele convenționale pot oferi structura necesară pentru a înlocui țesutul uman.
Creșterea mecanobiologiei
Creșterea urechii umane din mere poate părea un proces ciudat, dar punctul de plecare al lui Pelling este faptul că părțile interioare fibroase sunt asemănătoare cu microambientele în care țesutul uman bioenginat este cultivat de obicei în laboratoare.
Pentru a realiza o înlocuire a urechii, de exemplu, oamenii de știință tăiați de rutină sau de a imprima 3D structuri de suport gol din materiale biocompatibile costisitoare. Apoi inoculează celulele stem umane în această structură și o furnizează cu atenție un cocktail de factori de creștere și nutrienți, încurajând celulele să crească. În cele din urmă, după săptămâni și luni de incubare, celulele proliferează și se diferențiază în celulele pielii din păduri. Rezultatul este o ureche bioinginerie.
Problema este că bariera de intrare este foarte mare: celulele stem, factorii de creștere și materialele pentru păduri sunt toate scumpe de cumpărat și dificil de produs.
Video promotional:
Dar aceste componente sunt cu adevărat necesare?
Printr-o serie de experimente, Pelling și alții au descoperit că aceste forțe mecanice nu sunt doar un produs secundar al biologiei; mai degrabă, reglează fundamental mecanismele moleculare de bază ale celulei.
Studiile anterioare au arătat că fiecare etapă a creșterii embrionilor - „un proces fundamental în biologie” - poate fi reglementată și controlată prin informații mecanice. Cu alte cuvinte, forțele fizice pot induce celulele să se împartă și să migreze prin țesuturi, deoarece codul nostru genetic ghidează dezvoltarea întregului organism.
În laborator, întinderea și stimularea mecanică a celulelor pare să-și schimbe radical comportamentul. Într-un test, echipa lui Pelling a presărat celule canceroase pe o foaie de celule ale pielii crescute în partea de jos a unui vas Petri. Celulele canceroase se reunesc în bile mici, formând o barieră clară între microtumor și celulele pielii.
Dar când echipa de oameni de știință a plasat întregul sistem celular într-un dispozitiv care l-a întins ușor - imitând respirația și mișcarea corpului - celulele tumorale au devenit agresive, invadând stratul de celule ale pielii.
Ce este și mai rece: nu este necesară nicio mișcare activă pentru ca forțele mecanice să transforme comportamentul celulelor. Forma microambientului este suficientă pentru a ghida acțiunile lor.
De exemplu, atunci când Pelling a plasat două tipuri de celule într-o structură fizică canelată, celulele s-au detașat în câteva ore și un tip a crescut în caneluri și celălalt pe crestele superioare. Pur și simplu simțind forma acestei suprafețe ondulate, ei au „învățat” să se separe și să se potrivească spațial.
Deci: folosind o singură formă, celulele pot fi stimulate pentru a forma modele tridimensionale complexe.
Și aici mărul ne va ajuta.
Un măr … sau o ureche?
Sub microscop, microambientul unui măr are aceeași lungime ca suprafețele artificiale pentru fabricarea țesuturilor de înlocuire. Această descoperire i-a făcut pe oamenii de știință să se întrebe: este cu adevărat posibilă utilizarea acestei structuri de suprafață a plantelor pentru a crește organele umane?
Pentru a testa acest lucru, au luat un măr și au spălat toate celulele plantelor sale, ADN-ul și alte biomolecule. Au rămas doar schele fibroase - ele rămân în continuare în dinți. Când echipa a plasat celule umane și animale în interior, celulele au început să crească și să se răspândească.
Încurajați de rezultat, oamenii de știință au sculptat un măr în formă de ureche umană și au repetat procesul de mai sus. În câteva săptămâni, celulele au proliferat și au transformat o bucată de măr într-o ureche umană cărnoasă.
Desigur, o formă nu va fi suficientă. Țesutul de înlocuire trebuie să se înrădăcineze și în interiorul corpului.
Apoi, echipa a implantat păduri de mere chiar sub pielea mouse-ului. În doar opt săptămâni, celulele sănătoase de șoarece nu numai că au colonizat matricea, dar corpul rozătoarelor a produs și noi vase de sânge care au ajutat pădurile să trăiască și să prospere.
Țesutul bioinginerie are trei proprietăți importante: este sigur, este biocompatibil și este produs dintr-o sursă regenerabilă, etică.
Trecerea de la teorie la practică
Pellingul este impresionat în special de rezultatele sale datorită simplității sale: nu necesită celule stem sau factori exotici de creștere pentru a funcționa. Abordarea elegantă folosește pur și simplu structura fizică a plantei.
În prezent, echipa își extinde activitatea în trei domenii principale ale ingineriei țesuturilor: cartilajul țesuturilor moi, țesutul osos, măduva spinării și nervii. Importanța este de a potrivi microstructura specifică a plantei cu țesutul.
Și de ce să ne limităm la corpul pe care ni l-a dat natura? Dacă formele de schele sunt unicul factor determinant al ingineriei de țesuturi sau organe, de ce să nu-ți creezi propriile forme?
Pelling s-a înarmat cu această idee și a creat o companie de proiectare care ar putea schela trei tipuri diferite de urechi: urechile obișnuite umane, urechile ascuțite precum Spock și urechile ondulate, care, în teorie, ar putea suprima sau spori diferite frecvențe.
Ilya Khel
