Znanost crpi inspiraciju odasvud za proboj. Ljepljiva ploča s bakterijama dala nam je prvi antibiotik - penicilin. Kombinacija kvasca s platinastom elektrodom pod naponom dala nam je snažan kemoterapijski lijek - cisplatin. Dr. Andrew Pelling sa Sveučilišta u Ottawi svoje radikalne ideje izvodi iz znanstvenofantastičnog klasika The Little Horror Store. Osobito mu se sviđa glavni antagonist filma: kanibalistička biljka Aubrey 2.
To je nešto što nalikuje biljci s osobinama sisavaca, rekao je Pelling na konferenciji Exponential Medicine u San Diegu ovog tjedna. "Pa smo se počeli pitati: može li se to uzgajati u laboratoriji?"
Pelling-ov krajnji cilj, naravno, nije oživjeti znanstveno-fantastično čudovište. Umjesto toga, želi razumjeti mogu li konvencionalne biljke osigurati potrebnu strukturu da zamijeni ljudsko tkivo.
Uspon mehanobiologije
Uzgoj ljudskog uha iz jabuka može se činiti neobičnim postupkom, ali polazište Pellinga je da su vlaknaste unutrašnjosti nevjerojatno slične mikrookolima u kojima se u laboratorijama obično uzgaja biotehnički ljudsko tkivo.
Na primjer, kako bi izvršili zamjenu uha, znanstvenici redovito izrezuju ili 3D ispisuju šuplje potporne strukture od skupih biokompatibilnih materijala. Zatim ubacuju ljudske matične stanice u ovu strukturu i oprezno opskrbljuju koktel faktorima rasta i hranjivim tvarima, potičući stanice da rastu. Na kraju, nakon tjedana i mjeseci inkubacije, stanice se razmnožavaju i diferenciraju u stanice kože u šumama. Rezultat je bioinženjersko uho.
Problem je u tome što je prepreka ulasku vrlo velika: matične ćelije, faktori rasta i materijali za šume skupo su kupiti i teško ih je proizvesti.
Promotivni video:
Jesu li te komponente zaista potrebne?
Kroz niz eksperimenata, Pelling i drugi otkrili su da ove mehaničke sile nisu samo nusprodukt biologije; radije reguliraju temeljne molekularne mehanizme stanice.
Prethodne studije su pokazale da se svaka faza rasta embrija - "temeljni proces u biologiji" - može regulirati i kontrolirati mehaničkim podacima. Drugim riječima, fizičke sile mogu potaknuti stanice da se dijele i migriraju kroz tkiva, jer naš genetski kod vodi razvoj cijelog organizma.
Čini se da se u laboratoriju stanice koje se protežu i mehanički stimuliraju radikalno mijenjaju svoje ponašanje. U jednom testu, Pellingov tim je posipao stanice raka na list stanica kože uzgojen na dnu Petrijeve posude. Stanice raka spajaju se u male kuglice, tvoreći jasnu barijeru između mikrotumora i stanica kože.
Ali kada je tim znanstvenika cijeli stanični sustav stavio u uređaj koji ga je malo rastezao - oponašajući disanje i kretanje tijela - stanice tumora postale su agresivne, napadajući sloj stanica kože.
Što je još hladnije: nije potrebno aktivno kretanje kako bi mehaničke sile transformirale ponašanje stanica. Oblik mikrookoline je dovoljan da usmjerava njihove akcije.
Na primjer, kada je Pelling stavio dvije vrste stanica u fizičku strukturu s utorima, stanice se samo odvojile u roku od nekoliko sati, a jedna je vrsta rasla u utorima, a druga na višim projekcijama. Jednostavno osjetivši oblik ove valovite površine, "naučili" su se odvajati i prostorno uklopiti.
Dakle: koristeći samo jedan oblik, stanice se mogu potaknuti na stvaranje složenih trodimenzionalnih modela.
I ovdje će nam jabuka pomoći.
Jabuka … ili uho?
Pod mikroskopom mikrookruženje jabuke nalazi se na istoj duljini kao i umjetne površine za izradu zamjenskih tkiva. Ovo otkriće natjeralo je znanstvenike na pitanje: je li zaista moguće koristiti ovu biljnu površinsku strukturu za rast ljudskih organa?
Da bi to testirali, uzeli su jabuku i oprali sve njene biljne stanice, DNK i druge biomolekule. Ostale su samo vlaknaste skele - još uvijek vam se zaglave u zubima. Kad je tim smjestio ljudske i životinjske stanice, stanice su počele rasti i širiti se.
Potaknuti rezultatom, znanstvenici su isklesali jabuku u obliku ljudskog uha i ponovili gore navedeni postupak. U roku od nekoliko tjedana stanice su se razmnožile i pretvorile su komad jabuke u mesnato ljudsko uho.
Naravno, jedan oblik neće biti dovoljan. Zamjensko tkivo također se mora ukorijeniti unutar tijela.
Tim je potom implantirao šumske jabuke točno pod mišjevu kožu. U samo osam tjedana zdrave mišje stanice nisu samo kolonizirale matricu, već su i tijelom glodavaca nastale nove krvne žile koje su pomogle šumi da živi i napreduje.
Biotehnički tkivo ima tri važna svojstva: sigurno je, biokompatibilno je i proizvodi se iz obnovljivog etičkog izvora.
Prelaskom iz teorije u praksu
Pelling je posebno impresioniran njezinim rezultatima zbog svoje jednostavnosti: ne trebaju matične stanice ili egzotični faktori rasta da bi djelovali. Elegantan pristup jednostavno koristi fizičku strukturu biljke.
Tim trenutno proširuje svoj rad na tri glavna područja tkivnog inženjerstva: hrskavicu mekog tkiva, koštano tkivo, leđnu moždinu i živce. Važnost je uskladiti specifičnu mikrostrukturu biljke s tkivom.
I zašto se ograničavati na tijelo koje nam je priroda dala? Ako su oblici skela jedina odrednica inženjeringa tkiva ili organa, zašto ne biste stvorili vlastite oblike?
Pelling se naoružao ovom idejom i stvorio je dizajnersku tvrtku koja bi nacrtala tri različite vrste ušiju: obične ljudske uši, šiljaste uši poput Spockove i valovite uši, koje bi u teoriji mogle potisnuti ili poboljšati različite frekvencije.
Ilya Khel