Вчені створили живу тканину легень, надруковану на 3D-принтері

Дослідники з UBC Okanagan розробили 3D-біодруковану модель, яка точно імітує складність природної тканини легень – інновацію, яка може змінити те, як вчені вивчають захворювання легень та розробляють нові методи лікування.

Доцент факультету природничих наук Ірвінга К. Барбера, доктор Еммануель Осеї, каже, що модель створює тканину, яка дуже нагадує складність людських легень, що може покращити тестування респіраторних захворювань та розробку ліків.

«Для проведення наших досліджень та тестів, які нам потрібно провести, де ми вивчаємо механізми складних захворювань легень, щоб зрештою знайти нові мішені для ліків, нам потрібно мати можливість створювати моделі, порівнянні з людськими тканинами», — каже він.

Команда дослідників використала біочорнило, виготовлене з фоточутливого полімер-модифікованого желатину, та полімеру під назвою поліетиленглікольдіакрилат, для 3D-друку гідрогелю, що містить кілька типів клітин та каналів, щоб відтворити судинну структуру дихальних шляхів людини.

Після друку гідрогель поводиться подібно до складної механічної структури легеневої тканини, покращуючи спосіб вивчення того, як клітини реагують на подразники.

«Нашою метою було створити більш фізіологічно релевантну in vitro модель дихальних шляхів людини», — каже доктор Осей, який також працює в Центрі інновацій серця та легень UBC. «Інтегруючи судинні компоненти, ми можемо краще моделювати легеневе середовище, що має вирішальне значення для вивчення захворювань та тестування ліків».

Доктор Осей пояснив, що коли у людини діагностують рак легенів, хірург – за згодою пацієнта – може видалити уражену ділянку разом із деякими нормальними тканинами легенів та передати ці зразки дослідникам.

«Однак дослідник не контролює, скільки тканини він отримує», – пояснює він. «Іноді це може бути просто невеликий шматочок тканини, який приносять до лабораторії та обробляють різними хімічними речовинами для тестування. Тепер, завдяки 3D-біодруку, ми можемо виділяти клітини з цих донорських тканин і потенційно відтворювати додаткові тканини та тестувати зразки для проведення досліджень у наших лабораторіях, не покладаючись на нові донорські зразки».

Багато захворювань легень наразі невиліковні, включаючи хронічну обструктивну хворобу легень (ХОЗЛ), астму, ідіопатичний легеневий фіброз та рак, сказав доктор Осей. Можливість створювати моделі для тестування є значним кроком уперед у дослідженні респіраторних захворювань та розробці ліків.

Дослідження, опубліковане в журналі «Біотехнологія та біоінженерія» у співпраці з Mitacs та за підтримки Providence Health Care, є кроком до розуміння аспектів захворювань легень, таких як рубцювання та запалення, і може призвести до майбутніх методів лікування різноманітних захворювань.

У статті описані тести, що включали вплив екстракту сигаретного диму на біодруковану 3D-модель, що дозволило дослідникам спостерігати збільшення прозапальних цитокінів – маркерів запальної реакції легеневої тканини на нікотин.

«Те, що нам вдалося створити цю модель, а потім використати певні тригери, такі як сигаретний дим, щоб продемонструвати, як модель реагує на аспекти захворювань легень та імітує їх, є значним кроком уперед у розумінні складних механізмів захворювань легень і допоможе нам зрозуміти, як їх лікувати», — каже доктор Осей.

«Наша модель складна, але завдяки відтворюваності та оптимальному характеру біодруку, її можна адаптувати, додаючи додаткові типи клітин або клітини, отримані від конкретних пацієнтів, що робить її потужним інструментом для персоналізованої медицини та моделювання захворювань».

Д-р Осей зазначає, що продовження цієї роботи ставить його дослідницьку команду в унікальне становище для співпраці з колегами з таких організацій, як Кластер досліджень передового досвіду імунобіології UBC, біотехнологічними компаніями та всіма, хто зацікавлений у розробці біоштучних моделей.