Lung-on-a-leaf: Transformarea frunzelor în organe prin biotehnologie deschide o nouă etapă în cercetarea bolilor fibrozante pulmonare
„Ne aflăm într-un punct în medicină în care colaborările între discipline sunt necesare pentru a ne duce la următorul nivel”
Afirmația aparține medicului Kenneth Knox, profesor la Facultatea de Medicină de la Universitatea din Arizona, care, alături de colegul său Frederic Zenhausen, director în cadrul Center for Applied NanoBioscience & Medicine, a primit un grant de 750.000 de dolari, pentru un subiect de studiu aparent surprinzător.
Lung-on-a-leaf este un sistem care simulează caracteristicile plămânului uman folosind o matrice vegetală pentru a permite studierea mecanismelor care determină apariția fibrozei pulmonare. Pornind de la observația că frunzele și plămânul prezintă structuri de ramificație similare, echipa din Arizona a dus cercetarea la un alt nivel, la intersecția dintre biologie, medicină și tehnologie.
Dacă experimentul va fi un succes ar însemna că studiile pe animale pot ajunge de domeniul trecutului.
„Plămânul este un organ complex. Nu există multe metode pentru studierea acestuia însă dezvoltarea sistemului lung-on-a-leaf ar fi o cale să organizăm celulele într-un ansamblu coerent din punct de vedere biologic astfel încât să se poată studia mecanismele implicate în apariția fibrozei pulmonare și să descoperim mai multe despre procesele imune de la nivel pulmonar.” – Dr. Knox
Primul pas a fost prelucrarea frunzelor prin intermediul unei substanțe speciale care a îndepărtat celulele vegetale, ADN-ul și proteinele, lăsând doar structura de susținere. Această bază s-a folosit pentru a transfera diferite celule la nivelul ramificațiilor pentru a se crea țesutul pulmonar. Prin sistemul lung-on-a leaf va fi posibilă studierea mecanismelor care determină apariția fibrozei, dar și alte afecțiuni precum sarcoidoza.
După cei trei ani de studii, cercetătorii speră să folosească celule direct de la pacientul care urmează a fi tratat, pentru a construi un model 3D personalizat.
Încercarea de a dezvolta organe în laborator este una dintre marile limitări în cercetarea medicală. Ideea de a crește celule pulmonare pe o frunză a apărut după observarea rezultatelor altui experiment realizat la Universitatea din Arizona, sub conducerea Dr. Zenhausen. Echipa acestuia a dezvoltat un sistem care imită structura unei tumori folosind frunze de spanac. Astfel s-au putut reproduce interacțiunile dintre celulele canceroase și multiple terapii experimentale.
Din nevoia de a dezvolta noi modele in vitro pentru studiul mecanismelor bolilor fibrozante pulmonare a apărut și sistemul lung-on-a-chip, creat de cercetătorii de la Universitatea Buffalo pentru a testa noi medicamente pentru fibroza pulmonară idiopatică.
De asemenea, prin biotehnologie, Dr. Zenhausen a reușit crearea unui model in vitro de intestin ( gut-on-a-chip) pentru a se înțelege interacțiunile dintre celule și microbiom.
„Dezvoltăm astăzi instrumente care ne pot ajuta să mimăm organismul uman și să îmbunătățim conceptul de medicină personalizată. Dacă putem pune un plămân pe o frunză, poate etapa următoare va fi dezvoltarea unui ficat sau a altui organ. ” – Dr. Zenhausen
Astfel se va putea studia modul în care celulele răspund la anumite medicamente și se vor putea introduce noi terapii personalizate. Mai mult decât atât, țesutul pulmonar ar putea fi utilizat pentru a se măsura expunerea la radiații pentru bolnavii de cancer și pentru astronauți, care ajung frecvent în medii cu cantități mari de radiații.
Cercetătorii de la Worcester Polytechnic Institute (WPI), Massachusetts, au reușit deja crearea de țesut cardiac funcțional plecând de la simple frunze de spanac. Deși această metodă pare inferioară printării 3D, de exemplu, ea oferă un mare avantaj – dezvoltarea sistemului vascular, care a fost una dintre marile provocări are biotehnologiei.
Citește și