Науката черпи вдъхновение отвсякъде за пробив. Лепкава чиния с бактерии ни даде първия антибиотик - пеницилин. Комбинирането на мая с платинен електрод под напрежение ни даде мощно химиотерапевтично лекарство - цисплатин. Д-р Андрю Пелинг от университета в Отава черпи своите радикални идеи от класиката на научната фантастика „Малкият магазин на ужасите“. По-специално той харесва основния антагонист на филма: канибалистичното растение Обри 2.
Това е нещо, което прилича на растение с черти на бозайници, каза Пелинг на конференцията по експоненциална медицина в Сан Диего тази седмица. "И така започнахме да се чудим: може ли това да се отглежда в лаборатория?"
Крайната цел на Pelling, разбира се, не е да оживи научнофантастично чудовище. Вместо това той иска да разбере дали конвенционалните растения могат да осигурят необходимата структура за замяна на човешката тъкан.
Възход на механобиологията
Отглеждането на човешко ухо от ябълки може да изглежда странно, но началната точка на Pelling е, че влакнестите вътрешности са поразително подобни на микросредата, в която биоинженерираната човешка тъкан обикновено се отглежда в лаборатории.
Например, за да направят замяна на ушите, учените рутинно изрязват или 3D-отпечатват кухи носещи конструкции от скъпи биосъвместими материали. След това те инокулират човешки стволови клетки в тази структура и старателно го снабдяват с коктейл от растежни фактори и хранителни вещества, насърчавайки клетките да растат. В крайна сметка след седмици и месеци на инкубация клетките се размножават и диференцират в кожни клетки в горите. Резултатът е биоинженерно ухо.
Проблемът е, че бариерата за навлизане е много голяма: стволовите клетки, растежните фактори и материалите за горите са скъпи за закупуване и трудни за производство.
Промоционално видео:
Но наистина ли са необходими тези компоненти?
Чрез поредица от експерименти Пелинг и други откриха, че тези механични сили не са само страничен продукт на биологията; по-скоро те основно регулират основните молекулярни механизми на клетката.
Предишни проучвания показват, че всеки етап от растежа на ембрионите - „основен процес в биологията“- може да бъде регулиран и контролиран от механична информация. С други думи, физическите сили могат да накарат клетките да се разделят и мигрират през тъканите, тъй като нашият генетичен код ръководи развитието на целия организъм.
В лабораторията изглежда, че разтягащите се и механично стимулиращи клетки коренно променят поведението си. В един тест екипът на Pelling поръси раковите клетки върху лист от кожни клетки, отглеждани в дъното на чаша на Петри. Раковите клетки се събират на малки топчета, образувайки ясна бариера между микротумора и кожните клетки.
Но когато екипът от учени постави цялата клетъчна система в устройство, което леко я разтяга - имитиращо дишане и движение на тялото - туморните клетки стават агресивни, нахлувайки в слоя на кожните клетки.
Какво е още по-хладно: не се изисква активно движение за механични сили за трансформиране на поведението на клетката. Формата на микросредата е достатъчна, за да ръководи техните действия.
Например, когато Pelling постави два вида клетки във физическа структура с канали, клетките се самозалепваха в рамките на няколко часа, а един тип расте в каналите, а другият - в по-високи проекции. Просто усещайки формата на тази гофрирана повърхност, те се „научиха“да се разделят и пространствено да пасват.
И така: използвайки само една форма, можете да стимулирате клетките да формират сложни триизмерни модели.
И тук ябълката ще ни помогне.
Ябълка … или ухо?
Под микроскопа микрооколната среда на ябълката е в същата скала по дължина като изкуствените повърхности за изработка на заместващи тъкани. Това откритие накара учените да се чудят: наистина ли е възможно да се използва тази растителна повърхностна структура за отглеждане на човешки органи?
За да проверят това, те взеха ябълка и измиха всички нейни растителни клетки, ДНК и други биомолекули. Остават само влакнести скелета - те все още се забиват в зъбите ви. Когато екипът постави човешки и животински клетки вътре, клетките започнаха да растат и да се разпространяват.
Окуражени от резултата, учените издълбали ябълка във формата на човешко ухо и повторили процеса по-горе. В рамките на няколко седмици клетките се размножиха и превърнаха парче ябълка в месесто човешко ухо.
Разбира се, една форма няма да е достатъчна. Заместващата тъкан също трябва да се вкорени вътре в тялото.
След това екипът имплантира ябълкови гори точно под кожата на мишката. Само за осем седмици здравите миши клетки не само колонизират матрицата, но тялото на гризача също произвежда нови кръвоносни съдове, които помагат на горите да живеят и да процъфтяват.
Биоинженерната тъкан има три важни свойства: тя е безопасна, биосъвместима е и се произвежда от възобновяем, етичен източник.
Преминаване от теория към практика
Пелинг е особено впечатлен от нейните резултати поради своята простота: не изисква работа на стволови клетки или екзотични растежни фактори. Елегантният подход просто използва физическата структура на растението.
В момента екипът разширява работата си в три основни области на тъканното инженерство: меки тъкани хрущял, костна тъкан, гръбначен мозък и нерви. Важното е да се съпостави специфичната микроструктура на растението с тъканта.
И защо да се ограничаваме до тялото, което ни даде природата? Ако формите на скелета са единственият определящ фактор за тъкан или орган, защо не създадете свои собствени форми?
Pelling се въоръжи с тази идея и създаде дизайнерска компания, която да скелера три различни вида уши: обикновени човешки уши, заострени уши като Spock's и вълнообразни уши, които на теория биха могли да потискат или подобряват различни честоти.
Иля Кел