Brittiläisen Francis Crick -instituutin ja bioteknologiayhtiö AlveoliXin tutkijat ovat kehittäneet ensimmäisen ihmisen keuhkoja jäljittelevän mikrosirumallin. Niin sanottu ”lung-on-chip”-malli on rakennettu vain yhdeltä luovuttajalta peräisin olevista geneettisesti identtisistä kantasoluista. Tutkimus on julkaistu Science Advances -tiedelehdessä.
Mikrosirulle rakennettu keuhkomalli pystyy jäljittelemään hengityksen liikkeitä ja keuhkosairauksien etenemistä yksilötasolla. Sen odotetaan parantavan muun muassa tuberkuloosihoitojen tutkimusta.
Keuhkojen ilmateiden päissä sijaitsevat alveolit eli keuhkorakkulat ovat kaasujenvaihdon kannalta ratkaisevia ja muodostavat samalla tärkeän puolustuslinjan hengitysteihin päätyviä viruksia ja bakteereja, kuten influenssaa ja tuberkuloosia, vastaan. Näiden vuorovaikutusten tutkimiseksi tutkijat ovat jo pitkään pyrkineet rakentamaan laboratoriossa keuhkoa jäljitteleviä sirumalleja, joissa ihmisen keuhkosoluja kasvatetaan muovisirulle rakennetuissa mikroskooppisissa kanavissa ja lokeroissa.
Aiemmissa lung-on-chip-malleissa on käytetty sekoitusta potilaista peräisin olevia soluja ja kaupallisia solulinjoja, minkä vuoksi ne eivät ole pystyneet jäljittelemään yhden yksilön keuhkotoimintaa tai sairauden etenemistä täysin tarkasti.
Uudessa tutkimuksessa Crickin tutkijat kehittivät mallin, joka koostuu yksinomaan saman luovuttajan kantasoluista johdetuista soluista. Epiteeli- ja endoteelisolut kasvatettiin erikseen erittäin ohuen kalvon vastakkaisille puolille AlveoliX:n valmistamassa laitteessa, jolloin syntyi keuhkorakkulan rakennetta vastaava este.
AlveoliX on lisäksi kehittänyt erityisiä laitteita, jotka kohdistavat rakenteeseen rytmisiä, kolmiulotteisia venytysliikkeitä hengityksen tapaan. Mekaaninen kuormitus edistää mikrovilluksiksi kutsuttujen solupinnan rakenteiden muodostumista, mikä lisää keuhkorakkuloiden pinta-alaa ja tukee niiden toimintaa.
Malliin lisättiin seuraavaksi immuunijärjestelmän makrofageja, jotka nekin oli tuotettu saman luovuttajan kantasoluista. Tämän jälkeen sirulle altistettiin tuberkuloosibakteereja taudin varhaisten vaiheiden jäljittelemiseksi.
Tartunnan saaneissa siruissa havaittiin suuria makrofagiryppäitä, joiden keskellä oli kuolleista soluista muodostunut nekroottinen ydin ja reunoilla eläviä makrofageja. Viiden vuorokauden kuluttua infektiosta sekä endoteeli- että epiteelisolukerrokset romahtivat, mikä osoitti keuhkorakkulan toiminnan pettäneen.
Tarve eläinkokeita korvaaville teknologioille kasvaa, joten tämänkaltaisista siruista tulee yhä tärkeämpiä, sanoo tuberkuloosin isäntä–patogeeni-vuorovaikutuksia tutkivan laboratorion ryhmävetäjä Max Gutierrez Medical Xpressille. Niiden avulla pystytään välttämään eläinten ja ihmisten keuhkojen anatomian, immuunisolujen koostumuksen ja sairauden kehittymisen väliset erot. ”Koska sirut koostuvat kokonaan geneettisesti identtisistä soluista, ne voitaisiin rakentaa sellaisten ihmisten kantasoluista, joilla on tiettyjä geenimutaatioita. Näin voisimme ymmärtää, miten esimerkiksi tuberkuloosi vaikuttaa yksilöön ja testata hoitojen, kuten antibioottien, tehoa.”
”Tuberkuloosi etenee hitaasti, ja tartunnan ja oireiden kehittymisen välillä voi kulua kuukausia, joten tarve ymmärtää näkymättömissä tapahtuvia varhaisia vaiheita kasvaa”, sanoo saman laboratorion tutkijatohtori Jakson Luk Medical Xpressille.
”Pystyimme onnistuneesti jäljittelemään näitä tuberkuloosin etenemisen alkuvaiheita ja saamaan kokonaiskuvan siitä, miten eri keuhkosolut reagoivat infektioon. Olemme innoissamme siitä, että uutta mallia voidaan soveltaa laajasti myös muihin tutkimusalueisiin, kuten muihin hengitystieinfektioihin tai keuhkosyöpään, ja kehitämme parhaillaan sirua edelleen lisäämällä siihen muita tärkeitä solutyyppejä.”
Tilaa Tekniikan Maailman uutiskirjeet
Tilaa TM-uutiskirje, niin pysyt ajan tasalla autoalan, teknologian ja tieteen uutisista!