Naukowcy opracowali pierwszy „organizm na chipie”

Hodowane w laboratorium tkanki stały się potężnym narzędziem badań różnorodnych chorób i testowania potencjalnych terapii. Dużym wyzwaniem pozostawało jednak modelowanie schorzeń dotykających jednocześnie różne organy i tkanki.

W takim modelu, podobnie jak w organizmie muszą one się z sobą komunikować, a jednocześnie trzeba im zapewnić odpowiednie dla nich, unikalne środowisko.

Badacze z Columbia University (USA) poinformowali właśnie, że udało im się spełnić wszystkie te warunki - stworzyli wielonarządowy model ludzkich tkanek na chipie.

Obejmuje on tkanki serca, kości, wątroby i skóry, które połączone są naczyniami, a w nich płyną nawet komórki odpornościowe ważne dla reakcji tkanek na urazy, choroby i terapie.

Co więcej, taki układ można wykonać indywidualnie, dla danego pacjenta.

Wszystkie tkanki wyhodowano bowiem z pluripotencjalnych komórek macierzystych uzyskanych z małej próbki krwi. Całość ma wielkość preparatu do mikroskopu.

„To dla nas ogromne osiągnięcie - spędziliśmy lata, prowadząc setki eksperymentów, w których sprawdzaliśmy niezliczone wspaniałe pomysły, budowaliśmy prototypy. W końcu zbudowaliśmy tę platformę, która odtwarza biologię oddziaływań między narządami” - prof. Gordana Vunjak-Novakovic kierująca projektem.

Badacze wybrali takie, a nie inne tkanki, ponieważ różnią się one pod względem embrionalnego rozwoju, a także funkcji i struktury. Tkanki te jednocześnie są często uszkadzane przez leczenie przeciwnowotworowe, więc taki układ pozwala m.in. na badanie skutków takich terapii.

„Zapewnienie komunikacji między tkankami, przy jednoczesnym zachowaniu ich indywidualnego fenotypu stanowiło ogromne wyzwanie” - mówi współautorka dokonania, dr Kacey Ronaldson-Bouchard.

„Ponieważ skupiamy się na modelach tkanek pochodzących od konkretnych pacjentów, musimy każdą tkankę indywidualnie doprowadzić do stanu dojrzałego, tak aby reagowała podobnie do tkanek w organizmie pacjenta. Nie chcemy stracić tej skomplikowanej funkcjonalności przy łączeniu różnych tkanek ze sobą. W organizmie każdy narząd utrzymuje własne środowisko, a jednocześnie oddziałuje z innymi organami z pomocą układu krążenia z różnymi komórkami i aktywnymi cząsteczkami. Zdecydowaliśmy się więc na połączenie tkanek systemem naczyń, zachowując jednocześnie osobną niszę każdej tkanki potrzebną do zachowania biologicznej odrębności. W ten sposób udało nam się naśladować narządy połączone w organizmie” - tłumaczy specjalistka.

Jej zespół pokazał już także, jak otrzymany model można wykorzystać do badań.

Badacze przetestowali na nim wpływ terapii przeciwnowotworowej z użyciem często stosowanego leku - doksorubicyny. Zauważone w tkankach reakcje przypominały te obserwowane u pacjentów.

Naukowcy zauważyli na przykład uszkodzenia tkanek serca, które w czasie realnej terapii zmuszają zwykle onkologów do zmniejszenia dawki leku.

Opracowany jednocześnie model komputerowy prawidłowo przewidywał wchłanianie, dystrybucję, metabolizm i wydalanie leku z modelowych tkanek.

Komputerowe algorytmy to kolejne narzędzie, które będzie wspierało testy.

Teraz z pomocą swojego wynalazku naukowcy rozpoczynają badania nad przerzutami raka piersi, prostaty, nad białaczką, wpływem promieniowania na ludzkie tkanki, działaniem SARS-CoV-2 na płuca, serce i naczynia, a także nad wpływem niedotlenienia na serce i mózg.

Chcą też sprawdzać bezpieczeństwo różnych leków.

Rozwijają także łatwą w użytkowaniu wersję swojego chipu do zastosowań w laboratoriach badawczych i klinicznych.

„Po dziesięciu latach badań nad organami na chipie nadal jesteśmy zafascynowani tym, że możemy odtworzyć fizjologię pacjenta poprzez połączenie milimetrowej wielkości tkanek - bijącego mięśnia serca, metabolizującej wątroby, funkcjonalnej skóry i kości, które powstały z własnych komórek danej osoby” - mówi prof. Vunjak-Novakovic.

„Jesteśmy podekscytowani możliwościami tego podejścia. Jest ono specyficznie aprojektowane tak, aby badać stany całego systemu związane z urazami lub chorobami. Pozwoli nam utrzymywać biologiczne cechy hodowanych ludzkich tkanek razem z ich wzajemną komunikacją. Będziemy mogli badać pojedynczych pacjentów - od stanów zapalnych po raka” - podkreśla badaczka.(PAP)

Autor: Marek Matacz

mat/ agt/