Το πρώτο μοντέλο ανθρώπινου «πνεύμονα σε τσιπ» χρησιμοποιώντας βλαστοκύτταρα, τα οποία ελήφθησαν από ένα μόνο άτομο δημιούργησαν ερευνητές του Ινστιτούτου Francis Crick και της AlveoliX. Αυτά τα τσιπ έχουν την ικανότητα να προσομοιώνουν τη διαδικασία αναπνοής και τις πνευμονικές παθήσεις σε ένα άτομο, προσφέροντας πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα για τον έλεγχο θεραπειών για λοιμώξεις όπως η φυματίωση (TB) και την παροχή εξατομικευμένης ιατρικής φροντίδας.
Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science Advances. Οι αερόσακοι στους πνεύμονες (κυψελίδες), είναι σημαντικοί για την ανταλλαγή αερίων, ενώ αποτελούν επίσης ένα σημαντικό φράγμα ενάντια στους εισπνεόμενους ιούς και τα βακτήρια, τα οποία προκαλούν αναπνευστικές ασθένειες όπως η γρίπη ή η φυματίωση.
Οι ερευνητές εργάζονται για να αναπαραστήσουν την αλληλεπίδραση μεταξύ ανθρώπινων κυττάρων και βακτηρίων στο εργαστήριο, κατασκευάζοντας έναν πνεύμονα σε τσιπ: δηλαδή μικρές μονάδες ανθρώπινου πνεύμονα σε ένα πλαστικό τσιπ που περιέχει μικροσκοπικά κανάλια και τμήματα.
Στόχος των ερευνητών –στην προκειμένη περίπτωση– είναι να αναδημιουργήσουν αερόσακους για να κατανοήσουν πώς αντιδρούν στη μόλυνση. Μέχρι τώρα, αυτές οι συσκευές πνεύμονα σε τσιπ έχουν κατασκευάζονταν από ένα μείγμα κυττάρων που προέρχονται από διάφορους ασθενείς. Αυτό σημαίνει ότι δεν μπορούν να αναπαράγουν πλήρως τη λειτουργία των πνευμόνων ή την εξέλιξη της νόσου ενός μεμονωμένου ατόμου.
Η μελέτη
Στη μελέτη, η ομάδα του Ινστιτούτου Francis Crick ανέπτυξε ένα νέο μοντέλο «πνεύμονα σε τσιπ» που περιέχει μόνο γενετικά πανομοιότυπα κύτταρα, τα οποία προέρχονται από βλαστοκύτταρα από έναν και μόνο δότη. Με βάση ένα πρωτόκολλο που είχε αναπτυχθεί προηγουμένως από το εργαστήριο, η ομάδα παρήγαγε κυψελιδικά επιθηλιακά κύτταρα τύπου Ι και II και αγγειακά ενδοθηλιακά κύτταρα από ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα, κύτταρα που μπορούν ουσιαστικά να αποτελέσουν οποιοδήποτε κύτταρο στο σώμα. Αυτά τα επιθηλιακά και ενδοθηλιακά κύτταρα αναπτύσσονται ξεχωριστά στο πάνω και στο κάτω μέρος μιας πολύ λεπτής μεμβράνης σε μια συσκευή που κατασκευάζεται από την εταιρεία βιοτεχνολογίας AlveoliX για να αναδημιουργήσει ένα φράγμα αερόσακων.
Για την τελειοποίηση του μοντέλου, η AlveoliX σχεδίασε εξειδικευμένες μηχανές για να επιβάλλουν ρυθμικές τρισδιάστατες δυνάμεις έλξης στο αναδημιουργημένο φράγμα αερόσακων, μιμούμενες την κίνηση της αναπνοής. Με αυτό τον τρόπο διεγείρεται ο σχηματισμός μικρολάχνων, ενός βασικού χαρακτηριστικού των κυψελιδικών επιθηλιακών κυττάρων, για την αύξηση της επιφάνειας για τις πνευμονικές λειτουργίες.
Αισιόδοξα μηνύματα
Στη συνέχεια, οι επιστήμονες πρόσθεσαν ανοσοκύτταρα που ονομάζονται μακροφάγα στο τσιπ, τα οποία παράγονται και πάλι από τα βλαστοκύτταρα του ίδιου δότη, πριν προσθέσουν βακτήρια της φυματίωσης για να προσομοιώσουν τα πρώιμα στάδια της νόσου.
Στα τσιπ που μολύνθηκαν με φυματίωση, η ομάδα ανέφερε μεγάλες συστάδες μακροφάγων που περιείχαν νεκρωτικούς πυρήνες, μια ομάδα νεκρών μακροφάγων στο κέντρο, που περιβάλλονται από ζωντανά μακροφάγα. Τελικά, πέντε ημέρες μετά τη μόλυνση, τα ενδοθηλιακά και επιθηλιακά κυτταρικά φράγματα κατέρρευσαν, δείχνοντας ότι η λειτουργία του αερόσακου είχε διαταραχθεί.
Οι επιστήμονες αναμένεται να συνεχίσουν την έρευνά τους αλλά ήδη έχουν λάβει τα πρώτα αισιόδοξα μηνύματα ότι το μοντέλο είναι αποτελεσματικό σε αναπνευστικές λοιμώξεις ή τον καρκίνο του πνεύμονα.
