Mokslas teikia proveržį įkvėpimo iš visur. Lipni plokštelė su bakterijomis mums davė pirmąjį antibiotiką - peniciliną. Derinant mieles su įtampos platinos elektrodu, gavome galingą chemoterapijos vaistą - cisplatiną. Andrew Pelling iš Otavos universiteto pasiūlė savo radikalias idėjas iš mokslinės fantastikos klasikos „Mažasis siaubo parduotuvė“. Ypač jam patinka pagrindinis filmo antagonistas: kanibalistinis augalas Aubrey 2.
Panašu, kad tai augalas, turintis žinduolių bruožų, - šią savaitę San Diege vykusioje eksponentinės medicinos konferencijoje sakė Pelling. "Taigi mes pradėjome domėtis: ar tai galima auginti laboratorijoje?"
- „Salik.biz“
Pagrindinis, aišku, „Pelling“tikslas nėra prikelti mokslinės fantastikos monstrą. Užuot norėjęs suprasti, ar įprasti augalai gali suteikti reikiamą struktūrą, kad pakeistų žmogaus audinius.
Mechanobiologijos pakilimas
Žmogaus ausies auginimas iš obuolių gali atrodyti keistas procesas, tačiau Pelling'o išeities taškas yra tai, kad pluoštinės vidinės dalys yra stulbinančiai panašios į mikro aplinkas, kuriose biologiškai inžineriniai žmogaus audiniai paprastai auginami laboratorijose.
Pavyzdžiui, norėdami pakeisti ausį, mokslininkai iš brangių biologiškai suderinamų medžiagų paprastai supjaustė arba 3D formatu atspausdino tuščiavidurių atraminių konstrukcijų. Tada jie pasėja žmogaus kamienines ląsteles į šią struktūrą ir kruopščiai aprūpina ją augimo faktorių ir maistinių medžiagų kokteiliu, skatindami ląsteles augti. Galų gale, po savaičių ir mėnesių inkubacijos, ląstelės dauginasi ir diferencijuojasi į odos ląsteles miškuose. Rezultatas yra biologiškai sukurta ausis.
Problema ta, kad patekimo į rinką kliūtys yra labai didelės: kamieninės ląstelės, augimo faktoriai ir miškų medžiagos yra brangios ir sunkiai gaunamos.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Bet ar šių komponentų tikrai reikia?
Atlikdamas daugybę eksperimentų, Pelling ir kiti sužinojo, kad šios mechaninės jėgos nėra tik biologinis šalutinis produktas; veikiau jie iš esmės reguliuoja pagrindinius ląstelės molekulinius mechanizmus.
Ankstesni tyrimai parodė, kad kiekvieną embriono augimo etapą - „pagrindinį biologijos procesą“- galima reguliuoti ir valdyti mechanine informacija. Kitaip tariant, fizinės jėgos gali paskatinti ląsteles dalytis ir migruoti per audinius, nes mūsų genetinis kodas vadovauja viso organizmo vystymuisi.
Panašu, kad laboratorijoje tempiamos ir mechaniškai stimuliuojančios ląstelės kardinaliai keičia jų elgesį. Viename bandyme Pelling komanda apibarstė vėžines ląsteles ant odos ląstelių, išaugintų Petri lėkštelės apačioje, lapo. Vėžinės ląstelės susilieja mažais rutuliukais, sudarydamos aiškų barjerą tarp mikrotumo ir odos ląstelių.
Bet kai mokslininkų komanda įdėjo visą ląstelių sistemą į prietaisą, kuris ją šiek tiek ištempė - mėgdžiodamas kvėpavimą ir kūno judesį -, naviko ląstelės pasidarė agresyvios, įsiverždamos į odos ląstelių sluoksnį.
Dar šauniau: mechaninėms jėgoms, norint pakeisti ląstelių elgesį, nereikia jokio aktyvaus judesio. Mikroaplinkos formos pakanka, kad būtų galima vadovautis jų veiksmais.
Pvz., Kai Pelingas padėjo dviejų tipų ląsteles fizinėje struktūroje su grioveliais, ląstelės per kelias valandas atsiskyrė, o vienos rūšies išaugo grioveliuose, o kitos - aukštesnėse iškyšose. Paprasčiausiai pajutę šio gofruoto paviršiaus formą, jie „išmoko“atskirti ir erdviai derėti.
Taigi: naudojant tik vieną formą, ląstelės gali būti stimuliuojamos, kad sudarytų sudėtingus trimačius modelius.
O čia obuolys mums padės.
Obuolys … ar ausis?
Po mikroskopu obuolio mikroaplinka yra tokio paties ilgio skalėje kaip ir dirbtiniai paviršiai, skirti pakaitiniams audiniams sudaryti. Šis atradimas mokslininkus privertė susimąstyti: ar iš tikrųjų įmanoma panaudoti šią augalų paviršiaus struktūrą žmogaus organams auginti?
Norėdami tai išbandyti, jie paėmė obuolį ir nuplovė visas jo augalų ląsteles, DNR ir kitas biomolekules. Liko tik pluoštiniai pastoliai - jie vis tiek įstringa dantimis. Kai komanda patalpino žmogaus ir gyvūno ląsteles viduje, ląstelės pradėjo augti ir plisti.
Paskatinti rezultato, mokslininkai išdrožė žmogaus ausies formos obuolį ir pakartojo aukščiau aprašytą procesą. Per kelias savaites ląstelės padaugėjo ir obuolio gabalėlį pavertė mėsinga žmogaus ausimi.
Žinoma, vienos formos neužteks. Pakaitinis audinys taip pat turi įsišaknyti kūno viduje.
Tada komanda implantavo obelų miškus tiesiai po pelės oda. Vos per aštuonias savaites sveikos pelių ląstelės ne tik kolonizavo matricą, bet graužikų kūnas taip pat pagamino naujas kraujagysles, kurios padėjo miškams gyventi ir klestėti.
Biologiškai sukurtas audinys turi tris svarbias savybes: jis yra saugus, biologiškai suderinamas ir yra gaminamas iš atsinaujinančių, etiškų šaltinių.
Pereinama nuo teorijos prie praktikos
Dėl savo paprastumo Pellingą ypač sužavėjo rezultatai: tam nereikia kamieninių ląstelių ar egzotiškų augimo faktorių. Elegantiškas požiūris tiesiog naudoja fizinę augalo struktūrą.
Šiuo metu komanda plečia savo darbą į tris pagrindines audinių inžinerijos sritis: minkštųjų audinių kremzles, kaulinį audinį, nugaros smegenis ir nervus. Svarbu suderinti specifinę augalo mikrostruktūrą su audiniu.
Ir kodėl apsiriboti kūnu, kurį mums davė gamta? Jei pastolių formos yra vienintelis audinių ar organų inžinerijos veiksnys, kodėl gi ne kuriant savo figūras?
Pellingas apsiginklavo šia idėja ir sukūrė projektavimo įmonę, kuri pastoliuotų trijų skirtingų rūšių ausis: įprastų žmonių ausis, smailias ausis, kaip Spockas, ir banguotas ausis, kurios teoriškai galėtų slopinti ar sustiprinti įvairius dažnius.
Ilja Khel