Zinātne no visur gūst iedvesmu atklājumam. Līmējošā plāksne ar baktērijām deva mums pirmo antibiotiku - penicilīnu. Rauga apvienošana ar platīna elektrodu zem sprieguma deva mums spēcīgu ķīmijterapijas medikamentu - cisplatīnu. Dr Endrjū Pelings no Otavas universitātes savas radikālās idejas smeļas no zinātniskās fantastikas klasikas The Little Horror Store. Īpaši viņam patīk filmas galvenais antagonists: kanibālisma augs Aubrey 2.
Tas ir kaut kas tāds, kas izskatās kā augs ar zīdītāju iezīmēm, Pellins sacīja šonedēļ Sandjego rīkotajā eksponenciālās medicīnas konferencē. "Tāpēc mēs sākām domāt: vai to var audzēt laboratorijā?"
Pelingas galvenais mērķis, protams, nav atdzīvināt sci-fi briesmoni. Tā vietā viņš vēlas saprast, vai parastie augi var nodrošināt nepieciešamo struktūru cilvēka audu aizstāšanai.
Mehanobioloģijas pieaugums
Cilvēka auss audzēšana no āboliem var šķist dīvains process, taču Pelingas sākumpunkts ir tāds, ka šķiedru iekšpuses ir pārsteidzoši līdzīgas mikrovidēm, kurās laboratorijās parasti audzē bioloģiski inženierijas procesā iegūtus cilvēka audus.
Piemēram, lai veiktu ausu nomaiņu, zinātnieki parasti no dārgiem, bioloģiski saderīgiem materiāliem izgriež vai 3D formātā izdrukā dobas atbalsta struktūras. Pēc tam viņi inokulē cilvēka cilmes šūnas šajā struktūrā un cītīgi to apgādā ar augšanas faktoru un barības vielu kokteili, mudinot šūnas augt. Galu galā, pēc nedēļām un mēnešiem ilgas inkubācijas, šūnas proliferējas un diferencējas par ādas šūnām mežos. Rezultāts ir bioinženierijas ausis.
Problēma ir tā, ka ienākšanas barjera ir ļoti augsta: cilmes šūnas, augšanas faktori un mežu materiāli ir dārgi iegādājami un grūti saražojami.
Reklāmas video:
Bet vai šie komponenti tiešām ir nepieciešami?
Veicot virkni eksperimentu, Pellings un citi ir atklājuši, ka šie mehāniskie spēki nav tikai bioloģijas blakusprodukts; drīzāk tie fundamentāli regulē šūnas pamatā esošos molekulāros mehānismus.
Iepriekšējie pētījumi parādīja, ka katru embrija augšanas posmu - “fundamentālu procesu bioloģijā” - var regulēt un kontrolēt ar mehānisku informāciju. Citiem vārdiem sakot, fiziskie spēki var pamudināt šūnas sadalīties un migrēt caur audiem, jo mūsu ģenētiskais kods virza visa organisma attīstību.
Šķiet, ka laboratorijā izstiepjot un mehāniski stimulējot šūnas radikāli mainās viņu uzvedība. Vienā pārbaudē Pelinga komanda apkaisīja vēža šūnas ādas šūnu loksnei, kas izaudzēta Petri trauka apakšā. Vēža šūnas apvienojas mazās bumbiņās, veidojot skaidru barjeru starp mikrotumoru un ādas šūnām.
Bet, kad zinātnieku komanda ievietoja visu šūnu sistēmu ierīcē, kas to nedaudz izstiepa - imitējot elpošanu un ķermeņa kustību, audzēja šūnas kļuva agresīvas, iebrūkot ādas šūnu slānī.
Kas ir vēl foršāks: mehāniskiem spēkiem, lai pārveidotu šūnu uzvedību, nav nepieciešama aktīva kustība. Viņu rīcībai ir pietiekama mikrovides forma.
Piemēram, kad Pelings ievietoja divu veidu šūnas rievotā fiziskā struktūrā, šūnas dažu stundu laikā patstāvīgi atdalījās, un viens tips izauga rievās, bet otrs - uz augstākām grēdām. Vienkārši izjūtot šīs gofrētās virsmas formu, viņi "iemācījās" atdalīties un telpiski saderēt.
Tātad: izmantojot tikai vienu formu, šūnas var stimulēt, veidojot sarežģītus trīsdimensiju modeļus.
Un šeit ābols mums palīdzēs.
Ābols … vai auss?
Zem mikroskopa ābola mikrovide ir tādā pašā garumā kā mākslīgās virsmas, lai izgatavotu aizstājējus. Šis atklājums zinātniekiem lika aizdomāties: vai tiešām ir iespējams šo augu virsmas struktūru izmantot cilvēku orgānu audzēšanai?
Lai to pārbaudītu, viņi paņēma ābolu un mazgāja visas tā augu šūnas, DNS un citas biomolekulas. Atlikušas ir tikai šķiedru sastatnes - tās joprojām iestrēgst jūsu zobos. Kad komanda ievietoja cilvēku un dzīvnieku šūnas iekšpusē, šūnas sāka augt un izplatīties.
Rezultāta mudināti, zinātnieki cirsta ābolu cilvēka auss formā un atkārtoja iepriekš minēto procesu. Dažu nedēļu laikā šūnas proliferēja un ābolu gabalu pārvērta gaļīgā cilvēka ausī.
Protams, ar vienu formu nepietiks. Aizvietojošajiem audiem arī jāiesakņojas ķermeņa iekšienē.
Pēc tam komanda implantēja ābolu mežus tieši zem peles ādas. Tikai astoņu nedēļu laikā veselīgas peles šūnas ne tikai kolonizēja matricu, bet arī grauzēju ķermenis ražoja jaunus asinsvadus, kas palīdzēja mežiem dzīvot un plaukt.
Bioinženierijas audiem ir trīs svarīgas īpašības: tie ir droši, bioloģiski saderīgi un tiek ražoti no atjaunojamiem, ētiskiem avotiem.
Pāreja no teorijas uz praksi
Pellinga ir īpaši pārsteigta par viņas rezultātiem tās vienkāršības dēļ: tai nav vajadzīgas cilmes šūnas vai eksotiski augšanas faktori. Elegantajā pieejā vienkārši tiek izmantota auga fiziskā struktūra.
Komanda šobrīd paplašina savu darbu uz trim galvenajām audu inženierijas jomām: mīksto audu skrimšļiem, kaulu audiem, muguras smadzenēm un nerviem. Svarīgi ir saskaņot auga īpašo mikrostruktūru ar audiem.
Un kāpēc ierobežot sevi ar ķermeni, ko daba mums deva? Ja sastatņu formas ir vienīgais audu vai orgānu inženierijas noteicējs, kāpēc gan neizveidot savas formas?
Pelings apbruņojās ar šo ideju un izveidoja dizaina firmu, kas sastatīs trīs dažādu veidu ausis: parasto cilvēku ausis, smailas ausis, piemēram, Spoka ausis, un viļņainas ausis, kas teorētiski varētu apslāpēt vai uzlabot dažādas frekvences.
Iļja Khel