Płuca przyszłości

Archiwum

Moje najwiÄksze skarby i opowieĹci prosto z mojego

Naukowcom z Uniwersytetu Yale udało się po raz pierwszy w historii wyhodować płuca ssaka. Ich koledzy z równie słynnego Harvardu poszli inną drogą - stworzyli coś, co z powodzeniem można nazwać sztucznym mikropłucem.

Z powodu chorób płuc tylko w Stanach Zjednoczonych każdego roku umiera 400 tys. ludzi. Liczbę tę udałoby się z pewnością zmniejszyć, gdyby uszkodzoną lub zniszczoną przez chorobę tkankę można było wymienić na zdrową. Problem w tym, że płuca same w sobie mają stosunkowo słabą zdolność regeneracji. Jedynym wyjściem pozostaje więc przeszczep. Tyle że akurat ten narząd, w przeciwieństwie do np. nerek czy serca, przeszczepia się bardzo źle. Z danych amerykańskich wynika, że po tego typu transplantacji 10 lat przeżywa zaledwie 10-20 proc. chorych. Do tego wszystkiego dochodzą też problemy z bardzo małą liczbą dawców.

Nie dziwi więc, że naukowcy już od wielu lat starają się znaleźć alternatywę dla przeszczepów. W najnowszym numerze "Science" opublikowano wyniki dwóch projektów badawczych, które w przyszłości mogą stać się właśnie takimi alternatywami.

Reaktor życia

Głównym autorem pierwszej z wyżej wymienionych prac jest prof. Laura Niklason z Wydziału Anestezjologii i Inżynierii Biomedycznej Uniwersytetu Yale. Pracujący tam badacze zajmują się m.in. medycyną regeneracyjną - szybko rozwijającą się i zarazem budzącą wielkie nadzieje dziedziną współczesnej nauki. Jej idea polega na hodowaniu tkanek i narządów, którymi można by zastępować ich zniszczone przez chorobę oryginalne odpowiedniki.

Niklason postawiła sprawdzić, czy możliwe jest wyhodowanie w laboratorium płuc ssaka zdolnych po przeszczepieniu do organizmu biorcy pracować jak normalne płuca. Zdecydowała, że eksperyment przeprowadzi na szczurach.

Wpierw z organizmu dorosłego gryzonia pobrano całe płuca wraz z częścią tętnicy płucnej i tchawicy. Przez założone do nich cewniki wprowadzono detergent, który zniszczył wszystkie żywe komórki znajdujące się w płucach. Dzięki temu po około trzech godzinach naukowcy mieli do dyspozycji czyściutkie rusztowanie odzwierciedlające strukturę anatomiczną płuc (a więc drogi przepływu powietrza oraz naczynia krwionośne). Zbudowane z tkanki łącznej zachowało swoją naturalną elastyczność umożliwiającą oddychanie.

Owo rusztowanie umieszczono następnie w specjalnym bioreaktorze zaprojektowanym tak, by odtwarzał warunki, jakie płuca mają podczas rozwoju płodowego. Płucny szkielet zanurzono w odżywczej macierzy, której głównym składnikiem były komórki nabłonka płucnego i śródbłonka wyściełającego naczynia płucne.

W ciągu kilku następnych dni komórki z powodzeniem namnożyły się na rusztowaniu, tworząc nowe płuca. By sprawdzić, czy narząd działa, wszczepiono go szczurowi (obok jego oryginalnych płuc).

Eksperyment zakończył się pełnym sukcesem. - Stworzone przez nas płuca podjęły pracę i skutecznie dostarczały do organizmu tlen - mówi Laura Niklason.

Doświadczenie kilkakrotnie powtarzano i za każdym razem płuca z hodowli (w organizmie dawcy umieszczano je na godzinę do dwóch) pracowały niemal identycznie jak oryginalne płuca szczurów. - To pierwszy krok do regeneracji całych płuc u większych ssaków, nie wykluczając człowieka - podsumowuje Niklason.

Czip graniczny

Naukowcy z Harvardu, kierowani przez Donalda Ingbera, zdecydowali się pójść inną drogą, bo też trochę inny był cel, który przed sobą postawili. Nie chcieli mianowicie hodować ani budować czegoś, co potencjalnie można by wszczepić do żywego organizmu. Chcieli za to jak najdokładniej odtworzyć warunki, jakie panują na granicy pomiędzy tkanką płucną a krwią, czyli w miejscu wymiany dwutlenku węgla na konieczny do życia tlen. - Badania na zwierzętach czy hodowlach komórkowych dają bardzo słaby obraz tego, co naprawdę dzieje się w ludzkich płucach. Chcieliśmy to zmienić - przekonuje Ingber.

Jego zespół stworzył w tym celu czip, który można by nazwać sztucznym mikropłucem.

Sercem urządzenia (wielkości dziesięciocentówki) jest porowata, giętka sylikonowa membrana pokryta z jednej strony nabłonkiem płucnym, a z drugiej, komórkami śródbłonka naczyń krwionośnych.

Działając na czip podciśnieniem, naukowcy są w stanie rozciągać membranę, naśladując w ten sposób ruchy tkanki płucnej podczas oddychania. A dzięki sieci mikrokanalików otaczających membranę mogą przenikać przez nią powietrze, płyny i różnego rodzaju nanocząsteczki.

- Możemy w ten sposób bardzo dokładnie naśladować wszystkie procesy, które zachodzą w płucach - wyjaśnia Ingber. Naukowiec chce wykorzystać swoje odkrycie np. do badania mechanizmów rozwoju chorób płuc i testowania leków.

By sprawdzić, czy rzeczywiście będzie to możliwe, badacze z Harvardu przeprowadzili eksperyment - zakazili mikropłuca bakterią z gatunku E. coli.

„Przez płucną stronę czipa przepuściliśmy powietrze zawierające bakterie E. coli. W tym samym czasie po stronie naczyniowej popłynęły białe krwinki wchodzące w skład naszego układu odpornościowego. Okazało się, że krwinki wykryły przez membranę, że w płucach pojawił się groźny najeźdźca, i ruszyły przez nią, by go zniszczyć” - pisze w „Science" Ingber.

W kolejnych eksperymentach naukowcy naśladowali wdychanie przez człowieka różnego rodzaju nanocząsteczek znajdowanych m.in. w zanieczyszczonej wodzie czy powietrzu. Po wniknięciu do mikropłuc powodowały tworzenie się szkodliwych dla zdrowia wolnych rodników i rozwój zapalenia. - Okazało się też, że wiele z nich jest w stanie przedostać się do krwiobiegu - podsumowuje Ingber.

Jego zespół pracuje już nad stworzeniem czipów, które działać będą jak mikrojelita i mikroszpik kostny.

Wojciech Moskal Gazeta Wyborcza

Płuca przyszłości

Archiwum

Moje najwiÄksze skarby i opowieĹci prosto z mojego

Moje najwiÄksze skarby i opowieĹci prosto z mojego