Αναπτύχθηκε το πρώτο ανθρώπινο μοντέλο ‘πνεύμονα σε τσιπ’ με βλαστοκύτταρα

Ερευνητές από το Ινστιτούτο Francis Crick και την AlveoliX παρουσίασαν ένα πρωτοποριακό μοντέλο ‘πνεύμονα σε τσιπ’, το οποίο κατασκευάστηκε αποκλειστικά από βλαστοκύτταρα ενός μόνο δότη. Αυτή η καινοτομία προσφέρει νέες δυνατότητες για τη δοκιμή θεραπειών σε λοιμώξεις όπως η φυματίωση και τη δυνατότητα εξατομικευμένης ιατρικής.

Η σημασία των αεροσακών

Οι αεροσακοί, γνωστοί και ως κυψελίδες, είναι κρίσιμα σημεία για την ανταλλαγή αερίων και αποτελούν σημαντικό φραγμό κατά των εισπνεόμενων ιών και βακτηρίων που προκαλούν αναπνευστικές ασθένειες, όπως η γρίπη και η φυματίωση. Οι ερευνητές εργάζονται για να αναπαραστήσουν τη μάχη μεταξύ των ανθρώπινων κυττάρων και των βακτηρίων στο εργαστήριο, δημιουργώντας μικρές μονάδες πνεύμονα σε πλαστικά τσιπ με μικροσκοπικές διαδρομές και θάλαμοι.

Η διαδικασία ανάπτυξης του μοντέλου

Σύμφωνα με τη νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Science Advances, οι ερευνητές κατάφεραν να αναπτύξουν ένα μοντέλο πνεύμονα σε τσιπ, το οποίο περιλαμβάνει μόνο γενετικά ταυτόσημα κύτταρα προερχόμενα από βλαστοκύτταρα ενός μοναδικού δότη. Χρησιμοποιώντας ένα πρωτόκολλο που είχε αναπτυχθεί προηγουμένως, παρήγαγαν τύπους κυττάρων I και II των κυψελίδων και αγγειακών ενδοθηλιακών κυττάρων από ανθρώπινα επαγόμενα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα. Αυτά τα κύτταρα αναπτύσσονται ξεχωριστά στην κορυφή και στο κάτω μέρος μιας πολύ λεπτής μεμβράνης σε μια συσκευή που κατασκευάστηκε από την AlveoliX, προκειμένου να αναπαραστήσουν το φράγμα των αεροσακών.

Προσομοίωση της ανθρώπινης αναπνοής

Για να προσομοιώσουν περαιτέρω τη λειτουργία του ανθρώπινου πνεύμονα, η AlveoliX σχεδίασε ειδικές μηχανές που επιβάλλουν ρυθμικές τρισδιάστατες δυνάμεις τεντώματος στο αναπαρασταθέν φράγμα των αεροσακών, μιμούμενοι την κίνηση της αναπνοής. Αυτή η διαδικασία διεγείρει τη δημιουργία μικροβιλλών, μια βασική χαρακτηριστική δομή των επιθηλιακών κυττάρων για την αύξηση της επιφάνειας που απαιτείται για τις πνευμονικές λειτουργίες.

Αντίκτυποι και προοπτικές

Στη συνέχεια, οι επιστήμονες πρόσθεσαν ανοσοκύτταρα, γνωστά ως μακροφάγοι, στο τσιπ, τα οποία επίσης προήλθαν από τα βλαστοκύτταρα του ίδιου δότη, πριν προσθέσουν βακτήρια φυματίωσης για να προσομοιώσουν τα πρώιμα στάδια της ασθένειας. Στα τσιπ που μολύνθηκαν με φυματίωση, η ομάδα παρατήρησε μεγάλες συστάδες μακροφάγων με ‘νέκρωτους πυρήνες’, δηλαδή νεκρούς μακροφάγους στο κέντρο, περιτριγυρισμένους από ζωντανούς μακροφάγους. Πέντε ημέρες μετά τη μόλυνση, τα φράγματα των ενδοθηλιακών και επιθηλιακών κυττάρων κατέρρευσαν, αποδεικνύοντας ότι η λειτουργία των αεροσακών είχε διαταραχθεί.

Ο Max Gutierrez, επικεφαλής της ομάδας στο εργαστήριο αλληλεπίδρασης ξενιστή-παθογόνου για τη φυματίωση, τόνισε τη σημασία των οργανισμών σε τσιπ, λέγοντας ότι η ανάγκη για τεχνολογίες μη ζώων είναι ολοένα και πιο επιτακτική. Αυτά τα μοντέλα θα μπορούσαν να κατασκευαστούν από βλαστοκύτταρα ανθρώπων με συγκεκριμένες γενετικές μεταλλάξεις, επιτρέποντας την κατανόηση του πώς οι λοιμώξεις όπως η φυματίωση επηρεάζουν τον κάθε άνθρωπο ξεχωριστά.

Η φυματίωση είναι μια αργά εξελισσόμενη ασθένεια, με μήνες να περνούν από τη μόλυνση μέχρι την εμφάνιση συμπτωμάτων. Ως εκ τούτου, η κατανόηση των πρώιμων σταδίων είναι κρίσιμη. Ο Jakson Luk, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο εργαστήριο, δήλωσε ότι η ομάδα κατάφερε να μιμηθεί με επιτυχία αυτά τα αρχικά γεγονότα στην πρόοδο της φυματίωσης, προσφέροντας μια ολιστική εικόνα της αντίδρασης των διαφόρων πνευμονικών κυττάρων στις λοιμώξεις. Ανυπομονούμε να δούμε πώς το νέο μοντέλο μπορεί να εφαρμοστεί σε μια ευρεία γκάμα ερευνών, όπως άλλες αναπνευστικές λοιμώξεις ή καρκίνο του πνεύμονα.