Naukowcy wyhodowali pierwszy na świecie model ludzkich tkanek na chipie. Olbrzymi potencjał badań

Udało się stworzyć pierwszy na świecie zestaw połączonych z sobą tzw. narządów na chipie, które służą do badania nowych terapii i testowania leków. Taki układ można też dostosować do danego pacjenta, aby móc wybrać najlepszą dla niego metodę leczenia.

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 poinformowali (https://www.nature.com/articles/s41551-022-00882-6), 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.

Stworzona platforma odtwarza biologię oddziaływań między narządami

– 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.

PRZECZYTAJ TAKŻE: Przełom z zakresu genetyki. Pełna sekwencja ludzkiego genomu odczytana

– 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.

Są już pierwsze badania na modelu na chipie

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.

PRZECZYTAJ TAKŻE: Ekspert o medycynie przyszłości: będziemy chodzić do lekarza z paszportem genomowym