Znanstvenici stvaraju živo plućno tkivo isprintano 3D-printačem

Istraživači sa Sveučilišta Britanske Kolumbije u Okanaganu razvili su 3D bioprintani model koji blisko oponaša složenost prirodnog plućnog tkiva – inovaciju koja bi mogla promijeniti način na koji znanstvenici proučavaju plućne bolesti i razvijaju nove tretmane.

Izvanredni profesor Dr. Emmanuel Osei s Fakulteta znanosti Irving K. Barber kaže da model proizvodi tkivo koje vrlo slično složenosti ljudskih pluća, što bi moglo poboljšati testiranje respiratornih bolesti i razvoj lijekova.

„Kako bismo proveli naša istraživanja i testove koje moramo napraviti, gdje proučavamo mehanizme složenih plućnih bolesti kako bismo u konačnici pronašli nove ciljeve za lijekove, moramo biti u mogućnosti stvoriti modele koji su usporedivi s ljudskim tkivom“, kaže on.

Tim istraživača koristio je biotintu napravljenu od fotosenzitivne polimerno modificirane želatine i polimera nazvanog polietilenglikol diakrilat za 3D printanje hidrogela koji sadrži više tipova stanica i kanala kako bi ponovno stvorio vaskularnu strukturu ljudskih dišnih putova.

Nakon ispisa, hidrogel se ponaša slično složenoj mehaničkoj strukturi plućnog tkiva, poboljšavajući način na koji proučavamo kako stanice reagiraju na podražaje.

„Naš je cilj bio stvoriti fiziološki relevantniji in vitro model ljudskih dišnih putova“, kaže dr. Osei, koji također radi s Centrom za inovacije srca i pluća Sveučilišta Britanske Kolumbije. „Integriranjem vaskularnih komponenti možemo bolje modelirati plućno okruženje, što je ključno za proučavanje bolesti i testiranje lijekova.“

Dr. Osei je objasnio da kada se osobi dijagnosticira rak pluća, kirurg - uz pacijentov pristanak - može ukloniti zahvaćeno područje zajedno s nekim normalnim plućnim tkivom i donirati te uzorke istraživačima.

„Međutim, istraživač nema kontrolu nad količinom tkiva koje prima“, objašnjava. „Ponekad se može raditi samo o malom komadiću tkiva koji se donosi u laboratorij i tretira raznim kemikalijama za testiranje. Sada, uz 3D bioprintanje, možemo izolirati stanice iz tih donorskih tkiva i potencijalno ponovno stvoriti dodatno tkivo i testirati uzorke kako bismo proveli istraživanje u našim laboratorijima bez oslanjanja na nove donorske uzorke.“

Mnoge plućne bolesti trenutno su neizlječive, uključujući kroničnu opstruktivnu plućnu bolest (KOPB), astmu, idiopatsku plućnu fibrozu i rak, rekao je dr. Osei. Mogućnost stvaranja modela za testiranje značajan je korak naprijed u istraživanju respiratornih bolesti i razvoju lijekova.

Studija, objavljena u časopisu Biotechnology and Bioengineering u suradnji s Mitacsom i uz podršku Providence Health Carea, korak je prema razumijevanju aspekata plućnih bolesti poput ožiljaka i upale te bi mogla dovesti do budućih lijekova za razne bolesti.

U radu su opisani testovi koji uključuju izlaganje bioprintanog 3D modela ekstraktu cigaretnog dima, što je istraživačima omogućilo da uoče porast proupalnih citokina, markera upalnog odgovora plućnog tkiva na nikotin.

„Činjenica da smo uspjeli stvoriti ovaj model, a zatim koristiti specifične okidače, poput dima cigarete, kako bismo pokazali kako model reagira na i oponaša aspekte plućnih bolesti značajan je korak naprijed u razumijevanju složenih mehanizama plućnih bolesti i pomoći će nam da shvatimo kako ih liječiti“, kaže dr. Osei.

„Naš model je složen, ali zbog ponovljivosti i optimalne prirode bioprintanja, može se prilagoditi dodavanjem dodatnih tipova stanica ili stanica dobivenih od određenih pacijenata, što ga čini moćnim alatom za personaliziranu medicinu i modeliranje bolesti.“

Dr. Osei napominje da nastavak ovog rada stavlja njegov istraživački tim u jedinstvenu poziciju za suradnju s kolegama iz organizacija poput UBC-ovog Immunobiology Eminence Research Excellence Clustera, biotehnoloških tvrtki i svih zainteresiranih za razvoj bioumjetnih modela.