Tiede vetää inspiraatiota kaikkialta läpimurtoon. Tahmea levy bakteereilla antoi meille ensimmäisen antibiootin - penisilliinin. Yhdistämällä hiiva platinaelektrodiin jännitteen alla, saatiin meille tehokas kemoterapialääke - sisplatiini. Dr. Andrew Pelling Ottawan yliopistosta vetää radikaalin ideansa tieteiskirjallisuusklassikasta The Little Horror Store. Erityisesti hän pitää elokuvan pääantagonistista: kannibalistisesta kasvista Aubrey 2.
Se on jotain, joka näyttää kasvilta, jolla on nisäkäspiirteitä, Pelling sanoi San Diegossa tällä viikolla pidetyssä Exponential Medicine -konferenssissa. "Joten aloimme miettiä: voidaanko tätä kasvattaa laboratoriossa?"
Pellingin päätavoite ei tietenkään ole sci-fi-hirviön herättäminen elämään. Sen sijaan hän haluaa ymmärtää, pystyvätkö tavanomaiset kasvit tarjoamaan tarvittavan rakenteen ihmiskudoksen korvaamiseksi.
Mekanobiologian nousu
Ihmisen korvan kasvattaminen omenoista voi tuntua oudolta, mutta Pellingin lähtökohtana on, että kuitumaiset sisäpinnat ovat hämmästyttävän samanlaiset kuin mikroympäristöt, joissa biogeneesillä muokattua ihmisen kudosta yleensä kasvatetaan laboratorioissa.
Korvan korvaamiseksi esimerkiksi tutkijat leikkaavat rutiininomaisesti tai 3D-tulosta onttoja tukirakenteita kalliista bioyhteensopivista materiaaleista. Sitten ne inokuloivat ihmisen kantasoluja tähän rakenteeseen ja toimittavat sille huolellisesti kasvutekijöiden ja ravintoaineiden cocktailin, mikä rohkaisee soluja kasvamaan. Lopulta, viikkojen ja kuukausien inkuboinnin jälkeen, solut lisääntyvät ja erilaistuvat ihosoluiksi metsissä. Tuloksena on biotekniikkakorva.
Ongelmana on, että markkinoille pääsyn esteet ovat erittäin korkeat: kantasolut, kasvutekijät ja metsien materiaalit ovat kaikki kalliita ostaa ja vaikeasti tuotettavia.
Mainosvideo:
Mutta tarvitaanko näitä komponentteja todella?
Sarjan kokeiden avulla Pelling ja muut ovat huomanneet, että nämä mekaaniset voimat eivät ole vain biologian sivutuote; pikemminkin, ne säätelevät perusteellisesti solun taustalla olevia molekyylimekanismeja.
Aikaisemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että alkion jokaista kasvuvaihetta - "biologisen perusprosessin" - voidaan säädellä ja hallita mekaanisella informaatiolla. Toisin sanoen fyysiset voimat voivat saada solut jakautumaan ja kulkemaan kudosten läpi, koska geneettinen koodimme ohjaa koko organismin kehitystä.
Laboratoriossa solujen venyttäminen ja mekaanisesti stimuloiminen näyttää muuttavan radikaalisti heidän käyttäytymistään. Yhdessä testissä Pellingin joukkue sirotti syöpäsoluja Petri-astian pohjassa kasvatettujen ihosolujen arkkiin. Syöpäsolut yhdistyvät pieninä palloina, muodostaen selkeän esteen mikrotumorin ja ihosolujen välille.
Mutta kun tutkijoiden ryhmä sijoitti koko solujärjestelmän laitteeseen, joka venytti sitä hiukan - jäljittelemällä hengitystä ja kehon liikettä -, kasvainsolut muuttuivat aggressiivisiksi tunkeutuen ihosolukerrokseen.
Mikä on vieläkin viileämpää: mekaanisten voimien ei tarvitse aktiivista liikettä solun käyttäytymisen muuttamiseksi. Mikroympäristön muoto on riittävä ohjaamaan heidän toimintaansa.
Esimerkiksi, kun Pelling asetti kaksi tyyppistä solua fyysiseen rakenteeseen urilla, solut irtoavat itsestään muutamassa tunnissa, ja yksi tyyppi kasvoi urissa ja toinen korkeammissa ulkonevissa. Yksinkertaisesti havaitsemalla tämän aallotetun pinnan muodon, he "oppivat" erottamaan ja tilallisesti sopimaan.
Joten: käyttämällä vain yhtä muotoa, soluja voidaan stimuloida muodostamaan monimutkaisia kolmiulotteisia malleja.
Ja tässä omena auttaa meitä.
Omena … vai korva?
Mikroskoopin alla omenan mikroympäristö on samalla mittakaavalla kuin keinotekoiset pinnat korvauskudosten valmistamiseksi. Tämä löytö sai tutkijat ihmettelemään: onko todella mahdollista käyttää tätä kasvin pintarakennetta ihmisen elinten kasvattamiseen?
Tämän testaamiseksi he ottivat omenan ja pesivat kaikki sen kasvisolut, DNA: n ja muut biomolekyylit. Jäljellä on vain kuitumaisia telineitä - ne juuttuvat edelleen hampaisiin. Kun joukkue sijoitti ihmis- ja eläinsolut sisälle, solut alkoivat kasvaa ja leviää.
Tuloksen rohkaisemana tutkijat veivät ihmisen korvan muotoisen omenan ja toistivat yllä olevan prosessin. Muutaman viikon sisällä solut lisääntyivät ja muuttivat pala omenaa lihaiseksi ihmisen korvaksi.
Yksi muoto ei tietenkään riitä. Korvaavan kudoksen on myös juurtuttava vartalon sisään.
Ryhmä istutti sitten omenametsät hiiren ihon alle. Vain kahdeksassa viikossa terveet hiiren solut eivät vain kolonisoineet matriisia, mutta jyrsijän ruumis tuotti myös uusia verisuonia, jotka auttoivat metsiä elämään ja kukoistamaan.
Bioteknisesti suunnitellulla kudoksella on kolme tärkeää ominaisuutta: se on turvallinen, biologisesti yhteensopiva ja se on valmistettu uusiutuvasta, eettisestä lähteestä.
Siirtyminen teoriasta käytäntöön
Pelling on erityisen vaikuttunut hänen tuloksistaan yksinkertaisuutensa vuoksi: se ei vaadi kantasoluja tai eksoottisia kasvutekijöitä toimimaan. Tyylikäs lähestymistapa käyttää yksinkertaisesti kasvin fyysistä rakennetta.
Ryhmä laajentaa työtä tällä hetkellä kolmella kudostekniikan pääalueella: pehmytkudoksen rusto, luukudos, selkäydin ja hermot. Tärkeää on sovittaa kasvin spesifinen mikrorakenne kudokseen.
Ja miksi rajoittaa itsemme kehoon, jonka luonto meille antoi? Jos telineiden muodot ovat ainoa tekijä kudosten tai elinten suunnittelussa, miksi ei luoda omia muotoja?
Pelling aseisti itsensä tällä idealla ja perusti suunnittelutoimiston, joka telineisiin kolme erityyppistä korvaa: tavalliset ihmiskorvat, terävät korvat kuten Spockin koristeelliset ja aaltoilevat korvat, jotka voisivat teoriassa tukahduttaa tai parantaa erilaisia taajuuksia.
Ilja Khel