Вперше науковцям вдалося зібрати «дихаючу» міні легеню на чіпі з клітин однієї конкретної людини. За задумом це має наблизити лабораторні експерименти до реальної біології пацієнта та допомогти точніше підбирати лікування, у тому числі при туберкульозі, однієї з найпідступніших інфекцій дихальних шляхів.
Про розробку повідомили вчені з лондонського Інституту Френсіса Кріка разом зі швейцарською компанією AlveoliX. Їхня модель належить до класу organ-on-chip, це невелика пластикова система, усередині якої вирощують тканини, що імітують роботу органів. В цьому випадку відтворені альвеоли, ті самі «повітряні мішечки» легень, де відбувається газообмін і часто починається інфекція.
Головна проблема колишніх «легень на чіпі» була в тому, що їх збирали з клітин різного походження. У результаті модель виходила зручною для дослідів, але погано відбивала біологію конкретної людини. Тепер команда обійшла це обмеження за допомогою індукованих плюрипотентних стовбурових клітин (iPSC): з матеріалу одного донора сформували генетично однаковий набір клітин, тобто мініекосистему, що повністю відповідає одному генотипу.
Система має ще одну важливу деталь: вона дійсно «дихає». Платформа AlveoliX ритмічно розтягує тканину у трьох вимірах, імітуючи розширення легень при вдиху. Така механічна напруга, за словами авторів, критична для правильного розвитку клітин. Без неї вони не формують мікроворсинки, мікроскопічні структури, які є важливими для нормальної роботи тканини.
Щоб змоделювати туберкульоз, науковці додали імунні клітини, сумісні з донором (макрофаги), і внесли бактерії Mycobacterium tuberculosis. Так вдалося спостерігати ранні етапи інфекції в «чистому» генетичному контексті, без домішок клітин від інших людей. Команда, зокрема, побачила появу некротичних «ядер», скупчень загиблих імунних клітин приблизно за п’ять днів до того, як захисний бар’єр тканини повністю руйнувався.
Автори підкреслюють, що такі моделі стають все важливішими на тлі зростання попиту на альтернативи експериментам на тваринах. Досліди на тваринах часто дають спотворення: у мишей інша будова дихальних шляхів, інший склад імунних клітин та інший перебіг хвороби, тому результати не завжди безпосередньо переносяться на людину. «Легеня на чіпі» з клітин одного донора, навпаки, дозволяє перевіряти, як саме організм конкретного пацієнта реагує на інфекцію та ліки, включаючи антибіотики. Теоретично це відкриває шлях і до досліджень людей із певними генетичними мутаціями, щоб заздалегідь розуміти ризики та підбирати терапію точніше.
Поки демонстрація зроблена на прикладі туберкульозу, але науковці вже розглядають інші завдання, від грипу та COVID-19 до раку легенів. Робота опублікована у журналі Science Advances.
Більше цікавого:
- Чи можлива персоналізована медицина?
- Винайдено «таблетку для емоцій», яка отримала схвалення регуляторів
- У ChatGPT з’явиться розділ для консультацій з питань здоров’я
Джерело: Science Advances