A tudomány mindenütt inspirálja az áttörést. Egy ragacsos lemez baktériumokkal adta nekünk az első antibiotikumot - a penicillint. Az élesztő és feszültség alatt álló platina-elektród kombinálása erős kemoterápiás gyógyszert és ciszplatint adott nekünk. Dr. Andrew Pelling, az otttawai egyetem radikális ötleteit a sci-fi klasszikus The Little Horror Store-ból vonja le. Különösen szereti a film fő antagonistáját: az Aubrey 2 kannibalisztikus növényét.
Ez úgy néz ki, mint egy emlős jellegzetességekkel rendelkező növény - mondta Pelling a héten San Diegóban, az Exponenciális Medicine konferencián. Tehát elkezdtük azon töprengeni: tehetik-e ezt laboratóriumban?
Pelling végső célja természetesen nem egy sci-fi szörnyeteg életre kelte. Ehelyett meg akarja tudni, hogy a hagyományos növények biztosíthatják-e az emberi szövet helyettesítéséhez szükséges struktúrát.
A mechanobiológia emelkedése
Az emberi fül almából történő termesztése furcsa folyamatnak tűnik, de Pelling kiindulópontja az, hogy a rostos belső felületek meglepően hasonlítanak a mikrokörnyezethez, amelyben a biológiailag fejlett emberi szövetet általában laboratóriumokban termesztik.
A fülpótláshoz például a tudósok rutinszerűen vágják vagy 3D-nyomtatással üreges tartószerkezeteket készítenek drága, biokompatibilis anyagokból. Ezután beoltják az emberi őssejteket ebbe a szerkezetbe, és gondosan ellátják őket növekedési faktorok és tápanyagok koktéljával, ösztönözve a sejteket a növekedésre. Végül, hetek és hónapokig tartó inkubálás után a sejtek szaporodnak és differenciálódnak az erdők bőrsejtjeire. Az eredmény egy biológiailag tervezett fül.
A probléma az, hogy a belépés akadálya nagyon magas: az őssejtek, a növekedési faktorok és az erdők anyagai mind drágák, és nehéz előállítani.
Promóciós videó:
De vajon ezekre az összetevőkre valóban szükség van?
Egy sor kísérlet során Pelling és mások felfedezték, hogy ezek a mechanikai erők nem csupán a biológia melléktermékei; inkább alapvetően szabályozzák a sejt mögöttes molekuláris mechanizmusait.
A korábbi tanulmányok kimutatták, hogy az embrió növekedésének minden szakaszát - „alapvető folyamatot a biológiában” - mechanikus információkkal lehet szabályozni és ellenőrizni. Más szavakkal: a fizikai erők arra késztethetik a sejteket, hogy megosszák és vándoroljanak a szöveteken, mivel genetikai kódunk irányítja az egész szervezet fejlődését.
A laboratóriumban úgy tűnik, hogy a nyújtó és mechanikusan stimuláló sejtek radikálisan megváltoztatják viselkedésüket. Az egyik teszt során a Pelling csapata rákos sejteket a Petri-csészék alján termesztett bőrsejtek lapjára szórott. A rákos sejtek kis gömbökben egyesülnek, és egyértelmű gátat képeznek a mikrotumor és a bőrsejtek között.
Amikor azonban a tudósok csapata a teljes sejtrendszert egy olyan eszközbe helyezte, amely azt kissé megnyújtotta - a légzést és a testmozgást utánozva -, a tumorsejtek agresszívvé váltak, és behatoltak a bőrsejtek rétegébe.
Még hűvösebb: nincs szükség aktív mozgásra a mechanikai erőknek a sejt viselkedésének átalakításához. A mikrokörnyezet formája elegendő a cselekvésük irányításához.
Például, amikor Pelling két típusú sejtet horonnyal ellátott fizikai szerkezetbe helyezte, a sejtek néhány órán belül önmagukban leváltak, és az egyik típus a barázdákban nőtt fel, a másik pedig a magasabb kiemelkedéseknél. A hullámosított felület alakjának érzékelésével "megtanultak" elválasztani és térben illeszkedni.
Tehát: csak egy alakot használva a sejtek stimulálhatók komplex háromdimenziós modellek létrehozására.
És itt az alma segít nekünk.
Egy alma vagy fül?
A mikroszkóp alatt az alma mikrokörnyezete azonos hosszúságú skálán van, mint a mesterséges felületek a helyettesítő szövetek előállításához. Ez a felfedezés arra késztette a tudósokat, hogy vajon valóban felhasználható-e ez a növény felszíni szerkezete az emberi szervek termesztésére?
Ennek teszteléséhez almát vettek, és az összes növényi sejtet, DNS-t és más biomolekulákat mostak. Csak rostos állvány maradt - ezek továbbra is beragadnak a fogakba. Amikor a csapat emberi és állati sejteket helyezett be, a sejtek növekedni kezdtek és elterjedtek.
Az eredmény bátorításaként a tudósok emberi fül alakú almát faragtak, és megismételték a fenti eljárást. Néhány héten belül a sejtek szaporodtak, és egy darab almát húsos emberi fülré alakítottak.
Természetesen egy alak nem lesz elég. A helyettesítő szövetnek a test belsejében is gyökerezni kell.
A csapat azután almás erdőket ültetett be közvetlenül az egér bőrének alá. Mindössze nyolc hét alatt az egészséges egérsejtek nemcsak a mátrixot gyarmatosították, hanem a rágcsáló teste új vérereket is előállított, amelyek elősegítették az erdők életét és virágzását.
A biológiailag megtervezett szövetnek három fontos tulajdonsága van: biztonságos, biokompatibilis, megújuló, etikus forrásból készül.
Az elméletből a gyakorlatba lépés
Pelling különösen lenyűgözi az eredményeit egyszerűségének köszönhetően: működéséhez nincs szükség őssejtekre vagy egzotikus növekedési faktorokra. Az elegáns megközelítés egyszerűen a növény fizikai szerkezetét használja.
A csapat jelenleg a szövettechnika három fő területére terjeszti munkáját: lágyszöveti porc, csontszövet, gerincvelő és idegek. Fontos, hogy a növény sajátos mikroszerkezetét összehangoljuk a szövettel.
Miért korlátoznánk magunkat a test által, amelyet a természet adott nekünk? Ha az állvány formája határozza meg a szövet- vagy szervfejlesztést, miért ne hozza létre saját alakját?
Pelling felfegyverezte ezt az ötletet, és létrehozott egy olyan tervezőcéget, amely három különféle fültáblát állít fel: normál emberi fülek, hegyes fülek, mint Spock fonalai, és hullámos fülek, amelyek elméletileg el tudják fojtani vagy javítani a különböző frekvenciákat.
Ilya Khel