Oamenii de știință creează țesut pulmonar viu printat 3D

Cercetătorii de la UBC Okanagan au dezvoltat un model 3D bioimprimat care imită îndeaproape complexitatea țesutului pulmonar natural - o inovație ce ar putea transforma modul în care oamenii de știință studiază bolile pulmonare și dezvoltă noi tratamente.

Profesor asociat Dr. Emmanuel Osei, de la Facultatea de Științe Irving K. Barber, afirmă că modelul produce țesut care seamănă foarte mult cu complexitatea plămânului uman, ceea ce ar putea îmbunătăți testarea bolilor respiratorii și dezvoltarea de medicamente.

„Pentru a ne desfășura cercetările și testele pe care trebuie să le facem, unde studiem mecanismele bolilor pulmonare complexe pentru a găsi în cele din urmă noi ținte medicamentoase, trebuie să putem crea modele comparabile cu țesutul uman”, spune el.

Echipa de cercetători a folosit o biocerneală fabricată din gelatină modificată cu polimeri fotosensibili și un polimer numit diacrilat de polietilenglicol pentru a imprima 3D un hidrogel care conține mai multe tipuri de celule și canale pentru a recrea structura vasculară a căilor respiratorii umane.

Odată imprimat, hidrogelul se comportă foarte asemănător structurii mecanice complexe a țesutului pulmonar, îmbunătățind modul în care studiem modul în care celulele răspund la stimuli.

„Scopul nostru a fost să creăm un model in vitro mai relevant din punct de vedere fiziologic al căilor respiratorii umane”, spune dr. Osei, care lucrează și cu Centrul de Inovare pentru Inimă și Plămâni al UBC. „Prin integrarea componentelor vasculare, putem modela mai bine mediul pulmonar, care este esențial pentru studierea bolilor și testarea medicamentelor.”

Dr. Osei a explicat că, atunci când o persoană este diagnosticată cu cancer pulmonar, un chirurg - cu acordul pacientului - poate îndepărta zona afectată împreună cu o parte din țesut pulmonar normal și poate dona aceste probe cercetătorilor.

„Totuși, un cercetător nu are control asupra cantității de țesut pe care o primește”, explică el. „Uneori, poate fi vorba doar de o mică bucată de țesut adusă în laborator și tratată cu diverse substanțe chimice pentru testare. Acum, cu bioimprimarea 3D, putem izola celule din aceste țesuturi donatoare și, eventual, putem recrea țesuturi și probe de testare suplimentare pentru a efectua cercetări în laboratoarele noastre, fără a ne baza pe noi probe de la donatori.”

Multe boli pulmonare sunt în prezent incurabile, inclusiv boala pulmonară obstructivă cronică (BPOC), astmul, fibroza pulmonară idiopatică și cancerul, a spus Dr. Osei. Capacitatea de a crea modele pentru testare este un pas semnificativ înainte în cercetarea bolilor respiratorii și dezvoltarea de medicamente.

Studiul, publicat în revista Biotechnology and Bioengineering în colaborare cu Mitacs și susținut de Providence Health Care, reprezintă un pas către înțelegerea aspectelor bolilor pulmonare, cum ar fi cicatrizarea și inflamația, și ar putea duce la viitoare vindecări pentru o varietate de boli.

Lucrarea a descris teste care au inclus expunerea unui model 3D bioimprimat la extract de fum de țigară, ceea ce le-a permis cercetătorilor să observe o creștere a citokinelor proinflamatorii, markeri ai răspunsului inflamator al țesutului pulmonar la nicotină.

„Faptul că am reușit să creăm acest model și apoi să folosim factori declanșatori specifici, cum ar fi fumul de țigară, pentru a demonstra cum reacționează modelul la și imită aspecte ale bolilor pulmonare este un pas semnificativ înainte în înțelegerea mecanismelor complexe ale bolilor pulmonare și ne va ajuta să înțelegem cum să le tratăm”, spune Dr. Osei.

„Modelul nostru este complex, dar datorită reproductibilității și naturii optime a bioimprimării, acesta poate fi adaptat prin adăugarea de tipuri de celule suplimentare sau de celule derivate de la pacienți specifici, ceea ce îl face un instrument puternic pentru medicina personalizată și modelarea bolilor.”

Dr. Osei observă că continuarea acestei activități pune echipa sa de cercetare într-o poziție unică pentru a colabora cu colegi din organizații precum Clusterul de Excelență în Cercetare în Imunobiologie al UBC, companii de biotehnologie și oricine este interesat să dezvolte modele bioartificiale.