Ερευνητές ανακοίνωσαν την ανάπτυξη του πρώτου ανθρώπινου μοντέλου «πνεύμονας-σε-τσιπ», που βασίζεται αποκλειστικά σε βλαστοκύτταρα ενός μοναδικού δότη. Αυτή η επαναστατική τεχνολογία προσομοιώνει με μοναδική ακρίβεια τη διαδικασία αναπνοής και την πρόοδο πνευμονικών ασθενειών, δίνοντας τη δυνατότητα για πιο ρεαλιστικές δοκιμές νέων θεραπειών σε λοιμώξεις όπως η φυματίωση και για πιο εξατομικευμένες ιατρικές προσεγγίσεις.
Ο μοναδικός αυτός «πνεύμονας-σε-τσιπ» λειτουργεί ως πνευμονικός ιστός. Χάρη στη δυνατότητά του να κινείται όπως ο ανθρώπινος πνεύμονας, οι ερευνητές μπορούν να παρακολουθούν πώς το ανοσοποιητικό σύστημα ενός συγκεκριμένου ατόμου καταπολεμά την φυματίωση, διευκολύνοντας έτσι την εύρεση κατάλληλων θεραπειών για τον κάθε ασθενή.
«Με την αύξηση της ανάγκης για τεχνολογίες που δεν βασίζονται στη χρήση ζώων για πειράματα, οι προσεγγίσεις ‘όργανο σε τσιπ’ γίνονται ολοένα πιο σημαντικές για την αναπαραγωγή ανθρώπινων συστημάτων, αποφεύγοντας τις ανατομικές διαφορές των πνευμόνων και τις διακυμάνσεις στη σύνθεση του ανοσοποιητικού μεταξύ ζώων και ανθρώπων», δήλωσε ο Μαξ Γκουτιέρεζ, επικεφαλής του Εργαστηρίου Αλληλεπιδράσεων Ξενιστή-Παθογόνου στη Φυματίωση στο Ινστιτούτο [Francis Crick](https://www.crick.ac.uk/) στο Λονδίνο, και κύριος συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Science Advances.
Η σημασία των γενετικά όμοιων κυττάρων
Για να κατανοήσουν καλύτερα την αντίδραση του ανθρώπινου σώματος σε αναπνευστικές ασθένειες όπως η γρίπη και η φυματίωση, οι επιστήμονες υιοθέτησαν την τεχνολογία «πνεύμονας-σε-τσιπ». Αυτές οι μικροσκοπικές πλαστικές μονάδες μιμούνται τη δομή των πνευμονικών κυψελίδων, σημαντικής περιοχής όπου γίνεται η ανταλλαγή αερίων και εγκαθίστανται λοιμώξεις. Μέχρι πρόσφατα, αυτά τα μοντέλα περιορίζονταν σε αταίριαστους συνδυασμούς κυττάρων από διαφορετικές πηγές, εμποδίζοντας την ακριβή αναπαράσταση της βιολογίας ενός συγκεκριμένου ατόμου. Σήμερα, με τη χρήση τσιπ κατασκευασμένων από γενετικό υλικό ενός ατόμου, οι ερευνητές μπορούν να παρακολουθούν λεπτομερώς τη «μάχη» ανάμεσα σε ανθρώπινα κύτταρα και βακτήρια.
Η καινοτομία αυτή βασίζεται στα επαγόμενα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα (iPSCs), που επιτρέπουν τη δημιουργία μικροσκοπικών οικοσυστημάτων με γενετικά όμοια κύτταρα.
«Τα τσιπ αυτά, που είναι κατασκευασμένα αποκλειστικά από γενετικά όμοια κύτταρα, μπορούν να προέρχονται από βλαστοκύτταρα ατόμων με συγκεκριμένες γενετικές μεταλλάξεις. Έτσι, μπορούμε να κατανοήσουμε πώς οι λοιμώξεις, όπως η φυματίωση, επηρεάζουν κάθε άτομο ξεχωριστά και να δοκιμάσουμε τη δραστικότητα θεραπειών, όπως τα αντιβιοτικά», πρόσθεσε ο Γκουτιέρεζ.
Για να αναπαραστήσει τη διαδικασία της αναπνοής, η ελβετική εταιρεία [AlveoliX](https://www.alveolix.com/) χρησιμοποιεί ρυθμική τρισδιάστατη διάταση, μιμούμενη τη φυσική κίνηση του πνεύμονα. Χωρίς αυτή τη μηχανική καταπόνηση, τα κύτταρα δεν δημιουργούν τις απαραίτητες δομές που ονομάζονται μικρολάχνες, οι οποίες είναι κρίσιμης σημασίας για τη λειτουργία των πνευμόνων. Οι ερευνητές εφοδίασαν το τσιπ με ανοσοκύτταρα (μακροφάγα) που προέρχονται από τον ίδιο δότη και εισήγαγαν βακτήρια φυματίωσης, παρακολουθώντας την εξέλιξη της νόσου σε ένα ομοιογενές και γενετικά συνεπές περιβάλλον.
Διαβάστε επίσης: Η φυματίωση παραμένει η πιο θανατηφόρα μολυσματική νόσος παγκοσμίως, με 1,23 εκατομμύρια θανάτους το 2024
Προσομοίωση της εξέλιξης της φυματίωσης
Η φυματίωση είναι μια ύπουλη νόσος που εξελίσσεται αργά. Μπορεί να περάσουν μήνες από την εισπνοή των βακτηρίων μέχρι να εμφανιστούν τα πρώτα συμπτώματα. Χάρη στη χρήση των ανοσοκυττάρων του δότη, οι ερευνητές μπόρεσαν να παρακολουθήσουν την εξέλιξη της «μάχης» σε πραγματικό χρόνο. Διαπίστωσαν τον σχηματισμό νεκρών ανοσοκυττάρων πέντε ημέρες πριν από την κατάρρευση του φραγμού των πνευμονικών κυψελίδων.
«Η φυματίωση είναι μια νόσος που χρειάζεται χρόνο για να εκδηλωθεί. Γι’ αυτό είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε τι συμβαίνει στα αρχικά, κρυφά στάδια», δήλωσε ο Τζάκσον Λουκ, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Εργαστήριο Αλληλεπιδράσεων Ξενιστή-Παθογόνου στη Φυματίωση και πρώτος συγγραφέας της μελέτης.
Αυτή η τεχνολογία προσφέρει μια εναλλακτική λύση στα ηθικά και επιστημονικά όρια των πειραμάτων σε ζώα. Τα ποντίκια, για παράδειγμα, δεν αναπνέουν όπως οι άνθρωποι και το ανοσοποιητικό τους σύστημα δεν αντιδρά στη φυματίωση με τον ίδιο τρόπο που αντιδρά το ανθρώπινο.
Αν και το συγκεκριμένο μοντέλο εστιάζει στη φυματίωση, οι ερευνητές ήδη εξετάζουν τις επόμενες κατευθύνσεις τους. Η γρίπη, ο κορονοϊός και ακόμη και ο καρκίνος του πνεύμονα είναι μερικές από τις επόμενες προκλήσεις αυτής της πρωτοποριακής έρευνας.
ΠΗΓΗ: Interesting Engineering
