Tkanka imitująca wątrobę alternatywą dla przeszczepów
Dramatyczny wzrost liczby pacjentów chorujących na otyłość i cukrzycę typu 2 doprowadził do większej częstości występowania chorób wątroby, a co za tym idzie zapotrzebowania na przeszczepy tego narządu. Ze względu na niedobór dawców stanowi to poważne globalne wyzwanie dla sektora ochrony zdrowia. „Potrzeba jest ogromna, a dawców wciąż zbyt mało”, mówi Brigitte Städler(odnośnik otworzy się w nowym oknie), badaczka Uniwersytetu w Aarhus. „Ponadto nie każda osoba kwalifikuje się do przeszczepu z powodu złych rokowań, złych wyborów życiowych i tak dalej”. Aby pomóc tym pacjentom, lekarze nie potrzebują syntetycznych wątrób. Potrzebują urządzeń pełniących funkcję wątroby, które będą w stanie wspomóc pacjentów w kluczowej fazie, potencjalnie umożliwiając zadziałanie wrodzonych zdolności regeneracyjnych wątroby. W ramach projektu ArtHep, finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), Städler i jej współpracownicy opracowali tkankę wątrobopodobną, łączącą zarówno części biologiczne, jak i syntetyczne, które odtwarzają określone części podstawowej struktury i funkcji ludzkiej wątroby. „Wytworzyliśmy półsyntetyczne tkanki, które mogą być potencjalnie wykorzystywane w urządzeniach do pozaustrojowego wspomagania wątroby, choć czeka nas jeszcze wiele pracy”, dodaje Städler. „Równolegle będziemy również badać tę syntetyczną tkankę jako pośrednią między hodowlą komórkową 2D a organoidami wątroby lub plasterkami wątroby w celu testowania nowych leków”.
Opracowywanie, testy i biodrukowanie półsyntetycznej tkanki wątroby
Städler wyjaśnia, że podczas opracowywania półsyntetycznych tkanek należy wziąć pod uwagę dwie kwestie. Po pierwsze, sztuczne komórki muszą imitować wybrany aspekt hepatocytów (pierwotnych komórek wątroby). Po drugie, komórki ssaków muszą zaakceptować sztuczne komórki w miarę ich namnażania. Naukowcy wykorzystali pęcherzyki błony komórkowej pochodzące z hepatocytów do maskowania sztucznych komórek. „Innymi słowy, sztuczne komórki wyglądały jak hepatocyty dla żywych komórek ssaków”, mówi Städler. Zespół wykorzystał technologię biodruku 3D do wytworzenia półsyntetycznej tkanki o wielkości centymetra. Tusz zawierał fazę ciekłą, która działała głównie jako pożywka dla komórek ssaków i pozwalała im zmieniać środowisko podczas namnażania. Faza stała stanowiła połączenie agregatów komórek wątrobowych i syntetycznych komórek.
Połączenie sztucznych komórek z komórkami ssaków
Podczas łączenia sztucznych komórek z żywym światem, komórki ssaków ulegają namnażaniu, z kolei liczba sztucznych komórek nie ulega zmianie, ponieważ nie mają one zdolności do samoreplikacji, co stanowi istotne ograniczenie. „Samoreplikacja, czyli podstawowa cecha życia, wymaga cykli podziału i wzrostu, co jest nieosiągalne dla tkanek syntetycznych” wyjaśnia Städler. „Aby sprostać temu wyzwaniu, zilustrowaliśmy podział pęcherzyków za pośrednictwem białek przy użyciu pojedynczego enzymu modulującego błonę, unikalnego ze względu na jego prostotę i skuteczność bez ograniczeń, które utrudniałyby rozwój samoreplikującej się sztucznej komórki”.
Nawiązywanie kontaktów w społeczności naukowej
Projekt ArtHep pozwolił Städler nawiązać kontakty z hepatologami klinicznymi zarówno w Aarhus, jak i Londynie. Badaczka ma nadzieję, że podstawowe badania przełożą się dzięki nim na rozwiązania, które w przyszłości pomogą pacjentom. Prace nad łączeniem komórek syntetycznych z tkankami ssaków przyciągnęły już uwagę społeczności naukowej. „Gdy rozpoczynaliśmy projekt ArtHep w 2019 roku, byliśmy jedynymi, którzy próbowali badać sztuczne komórki w kontekście inżynierii tkankowej, aby połączyć i umożliwić komunikację syntetycznych komórek z komórkami ssaków”, zauważa Städler. „Obecnie jesteśmy świadkami rozkwitu tej dziedziny, a sprawozdania z badań tego zagadnienia stały się częścią głównego nurtu w biologii syntetycznej”.
