Veda čerpá inšpiráciu odkiaľkoľvek pre prielom. Lepkavá doska s baktériami nám poskytla prvé antibiotikum - penicilín. Kombinácia kvasiniek s platinovou elektródou pod napätím nám poskytla silný liek na chemoterapiu - cisplatinu. Andrew Pelling z Ottawskej univerzity čerpal radikálne myšlienky z klasickej sci-fi The Little Horror Store. Najmä sa mu páči hlavný antagonista filmu: kanibalistická rastlina Aubrey 2.
Je to niečo, čo vyzerá ako rastlina so znakmi cicavcov, uviedol Pelling na konferencii Exponenciálna medicína v San Diegu tento týždeň. „Tak sme sa začali čudovať: môže sa to pestovať v laboratóriu?“
Pellingovým konečným cieľom samozrejme nie je oživiť sci-fi monštrum. Namiesto toho chce pochopiť, či konvenčné rastliny dokážu poskytnúť potrebnú štruktúru na nahradenie ľudského tkaniva.
Vzostup mechanobiológie
Pestovanie ľudského ucha z jabĺk sa môže javiť ako čudný proces, ale Pellingovým východiskovým bodom je to, že vláknité vnútornosti sú nápadne podobné mikroprostrediam, v ktorých sa v laboratóriách obvykle pestuje ľudské tkanivo bioinžinierstva.
Napríklad, vedci bežne odstrihávajú alebo 3D tlačí duté podporné štruktúry z drahých biokompatibilných materiálov. Potom naočkujú ľudské kmeňové bunky do tejto štruktúry a starostlivo im dodávajú zmes rastových faktorov a živín, čím podporujú rast buniek. Nakoniec, po týždňoch a mesiacoch inkubácie sa bunky množia a diferencujú na kožné bunky v lesoch. Výsledkom je bioinžinierske ucho.
Problém je v tom, že bariéra vstupu na trh je veľmi vysoká: všetky kmeňové bunky, rastové faktory a materiály pre lesy sú drahé a je ťažké ich produkovať.
Propagačné video:
Sú však tieto komponenty skutočne potrebné?
Prostredníctvom série experimentov Pelling a ďalší zistili, že tieto mechanické sily nie sú iba vedľajším produktom biológie; skôr zásadne regulujú základné molekulárne mechanizmy bunky.
Predchádzajúce štúdie ukázali, že každé štádium rastu embryí - „základný proces v biológii“- je možné regulovať a riadiť pomocou mechanických informácií. Inými slovami, fyzické sily môžu indukovať bunky, aby sa delili a migrovali cez tkanivá, pretože náš genetický kód riadi vývoj celého organizmu.
V laboratóriu sa zdá, že napínavé a mechanicky stimulujúce bunky radikálne menia svoje správanie. V jednom teste Pellingov tím rozstrekoval rakovinové bunky na vrstvu kožných buniek pestovaných na dne Petriho misky. Rakovinové bunky sa spájajú v malých guličkách a vytvárajú jasnú bariéru medzi mikrotumorovými a kožnými bunkami.
Ale keď tím vedcov umiestnil celý bunkový systém do zariadenia, ktoré ho mierne natiahlo - napodobňovalo dýchanie a pohyb tela - nádorové bunky sa stali agresívnymi a napádali vrstvu kožných buniek.
Čo je ešte chladnejšie: nie je potrebný žiadny aktívny pohyb, aby mechanické sily mohli transformovať správanie buniek. Forma mikroprostredia je dostatočná na usmernenie ich činnosti.
Napríklad, keď Pelling umiestnil dva typy buniek do drážkovanej fyzickej štruktúry, bunky sa samy oddelili v priebehu niekoľkých hodín a jeden typ rástol v drážkach a druhý na vyšších hrebeňoch. Jednoducho snímaním tvaru tohto vlnitého povrchu sa „naučili“oddeľovať a priestorovo zapadať.
Takže: použitím iba jedného tvaru môžu byť bunky stimulované, aby vytvorili komplexné trojrozmerné modely.
A tu nám jablko pomôže.
Jablko … alebo ucho?
Pod mikroskopom je mikroprostredie jablka v rovnakej mierke ako umelé povrchy na výrobu náhradných tkanív. Tento objav vedcov zaujímal: je skutočne možné použiť túto štruktúru povrchu rastlín na rast ľudských orgánov?
Na otestovanie vzali jablko a umyli všetky svoje rastlinné bunky, DNA a ďalšie biomolekuly. Zostávajú už len vláknité lešenia - stále sa zasekávajú vo vašich zuboch. Keď tím umiestnil ľudské a živočíšne bunky dovnútra, bunky začali rásť a šíriť sa.
Vedci boli povzbudení výsledkom, aby vyrezali jablko do tvaru ľudského ucha a zopakovali vyššie uvedený postup. V priebehu niekoľkých týždňov sa bunky množili a kúsok jablka sa zmenil na mäsitý ľudský ucho.
Jeden tvar samozrejme nebude stačiť. Náhradné tkanivo sa musí zakoreniť aj vo vnútri tela.
Tím potom implantoval jabloňové lesy priamo pod kožu myši. Za pouhých osem týždňov zdravé bunky myší kolonizovali nielen matricu, ale telo hlodavca tiež produkovalo nové krvné cievy, ktoré pomáhali lesom žiť a prosperovať.
Tkanivo bioinžinierstva má tri dôležité vlastnosti: je bezpečné, je biokompatibilné a vyrába sa z obnoviteľného etického zdroja.
Prechod od teórie k praxi
Pelling je mimoriadne zaujatý svojimi výsledkami kvôli svojej jednoduchosti: nevyžaduje si prácu kmeňových buniek ani exotických rastových faktorov. Elegantný prístup jednoducho využíva fyzickú štruktúru rastliny.
Tím v súčasnosti rozširuje svoju prácu do troch hlavných oblastí tkanivového inžinierstva: chrupavky mäkkých tkanív, kostné tkanivá, miecha a nervy. Dôležitá je zladenie špecifickej mikroštruktúry rastliny s tkanivom.
A prečo sa obmedzujeme na telo, ktoré nám príroda dala? Ak sú tvary lešenia jediným určujúcim činiteľom tkanivového alebo orgánového inžinierstva, prečo si nevytvárať vlastné tvary?
Pelling sa vyzbrojil touto myšlienkou a vytvoril dizajnérsku spoločnosť, ktorá by lešila tri rôzne typy uší: bežné ľudské uši, špicaté uši ako Spock a zvlnené uši, ktoré by teoreticky mohli potlačiť alebo zvýšiť rôzne frekvencie.
Ilja Khel