Znanost črpa navdih od vsepovsod za preboj. Lepljiva plošča z bakterijami nam je dala prvi antibiotik - penicilin. Združevanje kvasa s platinovo elektrodo pod napetostjo nam je omogočilo močno zdravilo za kemoterapijo - cisplatin. Dr. Andrew Pelling z univerze v Ottawi svoje radikalne ideje črpa iz znanstvenofantastične klasike The Little Horror Store. Še posebej mu je všeč glavni antagonist filma: kanibalistična rastlina Aubrey 2.
Je nekaj, kar je videti kot rastlina s sesalnimi lastnostmi, je Pelling dejal na konferenci Exponential Medicine v San Diegu ta teden. "Tako smo se začeli spraševati: ali je mogoče to gojiti v laboratoriju?"
Končni cilj Pellinga seveda ni oživiti znanstveno-fantastične pošasti. Namesto tega želi razumeti, ali običajne rastline lahko zagotovijo potrebno strukturo za nadomeščanje človeškega tkiva.
Vzpon mehanobiologije
Gojenje človeškega ušesa iz jabolk se morda zdi nenavaden postopek, toda izhodišče Pellinga je, da so vlaknaste notranjosti presenetljivo podobne mikrookolju, v katerem se v laboratorijih običajno goji bioinženirsko človeško tkivo.
Na primer, da bi znanstveniki zamenjali uho, navadno iz dragih biokompatibilnih materialov režejo ali 3D-tiskajo votle podporne strukture. Nato človeške matične celice vbrizgajo v to strukturo in jo skrbno oskrbujejo s koktajlom rastnih faktorjev in hranilnih snovi, ki spodbujajo celice, da rastejo. Sčasoma se po tednih in mesecih inkubacije celice razmnožijo in diferencirajo v kožne celice v gozdovih. Rezultat je bioinženirsko uho.
Težava je v tem, da je ovira za vstop zelo velika: matične celice, rastni faktorji in material za gozdove je drago kupiti in jih je težko izdelati.
Promocijski video:
Toda, ali so te komponente res potrebne?
Pelling in drugi so skozi vrsto eksperimentov odkrili, da te mehanske sile niso le stranski produkt biologije; raje temeljito uravnavajo osnovne molekularne mehanizme celice.
Dosedanje raziskave so pokazale, da lahko vsako fazo rasti zarodkov - "temeljni proces biologije" - uravnavamo in nadziramo z mehanskimi informacijami. Z drugimi besedami, fizične sile lahko spodbudijo celice, da se razdelijo in migrirajo skozi tkiva, saj naš genetski kod vodi razvoj celotnega organizma.
V laboratoriju se zdi, da raztezne in mehansko spodbudne celice radikalno spremenijo svoje vedenje. V enem testu je Pellingova ekipa posipala rakave celice na list kožnih celic, gojenih na dnu Petrijeve posode. Rakaste celice se združijo v majhne kroglice in tvorijo jasno oviro med mikrotumorjem in kožnimi celicami.
Ko pa je ekipa znanstvenikov celoten celični sistem postavila v napravo, ki jo je rahlo raztegnila - posnemajo dihanje in gibanje telesa - so tumorske celice postale agresivne in so vdrle v plast kožnih celic.
Še bolj hladno: za preoblikovanje vedenja celic ni potrebno aktivno gibanje za mehanske sile. Oblika mikrookoliša zadostuje za usmerjanje njihovih ukrepov.
Na primer, ko je Pelling postavil dve vrsti celic v fizično strukturo z utori, so se celice v nekaj urah samolepile, ena vrsta pa je zrasla v utore, druga pa v višjih štrlečih delih. Preprosto z zaznavanjem oblike te valovite površine so se "naučili" ločevati in prostorsko prilegati.
Torej: s samo eno obliko lahko celice spodbudimo k oblikovanju zapletenih tridimenzionalnih modelov.
In tukaj nam bo pomagalo jabolko.
Jabolko … ali uho?
Pod mikroskopom je mikrookrožje jabolka na isti lestvici dolžine kot umetne površine za izdelavo nadomestnih tkiv. To odkritje se je znanstvenike spraševalo: ali je res mogoče uporabiti to rastlinsko površinsko strukturo za gojenje človeških organov?
Da bi to preizkusili, so vzeli jabolko in oprali vse njegove rastlinske celice, DNK in druge biomolekule. Ostali so le vlaknati odri - še vedno se vam zataknejo v zobe. Ko je ekipa postavila človeške in živalske celice v notranjost, so celice začele rasti in se širiti.
Spodbujeni z rezultatom so znanstveniki izklesali jabolko v obliki človeškega ušesa in postopek ponovili zgoraj. V nekaj tednih so se celice razmnožile in košček jabolka spremenil v mesnato človeško uho.
Seveda ena oblika ne bo dovolj. Nadomestno tkivo mora koreniti tudi v telesu.
Ekipa je nato vsadila jabolčni gozd tik pod mišjevo kožo. V samo osmih tednih so zdrave mišje celice ne samo kolonizirale matrico, ampak je telo glodavcev ustvarilo tudi nove krvne žile, ki so gozdom pomagale živeti in uspevati.
Biotehnično tkivo ima tri pomembne lastnosti: je varno, je biokompatibilno in se pridobiva iz obnovljivega etičnega vira.
Prehod iz teorije v prakso
Pelling je nad svojimi rezultati še posebej navdušen zaradi svoje preprostosti: za delovanje ne potrebujejo matičnih celic ali eksotičnih rastnih dejavnikov. Eleganten pristop preprosto uporablja fizično strukturo rastline.
Ekipa trenutno širi svoje delo na tri glavna področja tkivnega inženiringa: mehki tkivni hrustanec, kostno tkivo, hrbtenjača in živci. Pomembno je uskladiti specifično mikrostrukturo rastline s tkivom.
In zakaj se omejiti na telo, ki nam ga je dala narava? Če so oblike odrov edini dejavnik tkiv ali organov, zakaj ne bi ustvarili svojih oblik?
Pelling se je oborožil s to idejo in ustvaril oblikovalsko podjetje, ki bi odrivalo tri različne vrste ušes: navadna človeška ušesa, koničasta ušesa, kot so Spock's, in valovita ušesa, ki bi lahko v teoriji zatrla ali povečala različne frekvence.
Ilya Khel