Innowacyjny organ na chipie wspiera badania biomedyczne
Technologia organoidów polega na tworzeniu miniaturowych organów lub trójwymiarowych struktur tkankowych w warunkach laboratoryjnych przy użyciu komórek macierzystych. Ta zaawansowana technologia umożliwia naukowcom badanie procesów biologicznych, modelowanie chorób, odkrywanie nowych leków oraz rozwój terapii medycyny spersonalizowanej i terapii regeneracyjnych. „W ciągu ostatniej dekady opracowano kilka złożonych technologii organów na chicpie (OoC), takich jak płuco na chipie, bariera krew-mózg (BBB) na chipie czy skóra na chipie”, mówi koordynatorka projektu GUTVIBRATIONS(odnośnik otworzy się w nowym oknie) Katja Wolthers z Centrum Medycznego Uniwersytetu w Amsterdamie(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Holandii. „Jednak obecnie dostępne OoC bywają trudne w obsłudze i mogą nie być odpowiednie do praktycznych zastosowań”.
Organ na chipie odtwarzający oś jelito-mózg
Projekt GUTVIBRATIONS miał na celu przeniesienie organów na chipie na wyższy poziom poprzez połączenie technologii STACKS (platforma drukowana w 3D), modeli organoidów i bio-jedwabiu (biomateriał wykonany z białka jedwabiu pajęczego). Założeniem było opracowanie OoC osi jelitowo-mózgowej, który symuluje jeden ze szlaków łączących interakcję między jelitami a mózgiem. „Coraz powszechniej dostrzega się znaczenie tej interakcji dla ludzkiego zdrowia i chorób”, wyjaśnia Wolthers. „Chcieliśmy opracować innowacyjne rozwiązanie do modelowania ludzkich chorób i przedklinicznego opracowywania leków”.
Nanomembrany jedwabne i komórki nabłonka jelitowego
W ramach projektu opracowano szereg nowych technik. Należy do nich produkcja nanomembran jedwabnych i współhodowlę komórek nabłonka jelitowego (komórek wyściełających jelita) i fibroblastów (komórek łączących tkanki). Określono także warunki wspierające współhodowlę komórek nabłonka jelitowego i komórek odpornościowych. Zidentyfikowano i przetestowano indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC) niezbędne do tworzenia BBB, takie jak astrocyty, perycyty i mikroglej. iPSC to rodzaj komórek macierzystych, które można przeprogramować, dzięki czemu stają się dowolnym typem komórek w organizmie. Oznacza to, że są nieocenione w modelowaniu chorób, odkrywaniu leków i medycynie regeneracyjnej. Zespół, w skład którego wchodzili zarówno partnerzy przemysłowi, jak i naukowcy, zaprojektował i zoptymalizował 96-dołkowe rusztowania STACKS, w których można umieścić kultury komórkowe.
Połączenie modeli błony śluzowej jelit i modeli BBB-mózg
Zespołowi udało się zbudować szereg nowych modeli OoC. Są to na przykład model błony śluzowej jelita (który odtwarza strukturę i funkcję wyściółki jelita), a także model BBB. Następnie zbudowano OoC osi jelitowo-mózgowej poprzez połączenie modelu błony śluzowej jelit i modelu BBB-mózg. „Obecnie współpracujemy z innymi europejskimi badaczami, aby zastosować nasz model do zbadania związku między infekcjami wirusowymi a schorzeniami neurodegeneracyjnymi, takimi jak choroba Alzheimera i choroba Parkinsona”, mówi Wolthers. „Nasz model można również zastosować do badania patologii jelitowo-mózgowej niezwiązanej z wirusami, takiej jak wpływ nieswoistego zapalenia jelit (IBD) na mózg, a także do znalezienia leków przeciwdziałających takim następstwom”. Liczymy, że innowacje wprowadzone w ramach projektu GUTVIBRATIONS pomogą przyspieszyć opracowywanie leków, które zminimalizują wykorzystanie zwierząt, zmniejszą obciążenie chorobami i ostatecznie będą ratować życie ludzkie. Projekty takie jak ten są dla Europy kluczowe, aby utrzymać czołową pozycję w badaniach biomedycznych. „Mamy także nadzieję, że zwiększymy świadomość i wiedzę na temat przepisów i wymogów w zakresie regulacji medycznych, zwłaszcza wśród pracowników instytucji akademickich i MŚP”, dodaje Wolthers.
