Mokslas dar niekada taip drąsiai nepriartėjo prie ribos, skiriančios laboratoriją nuo tikros žmogaus biologijos. Ilgus metus tyrėjai susidūrė su akivaizdžia problema – gyvų, trimačių smegenų audinių tyrinėjimas yra be galo sudėtingas, nes jie reikalingi jų savininkui. Tačiau naujas proveržis atveria visiškai kitą perspektyvą: mokslininkai jau sugeba auginti tikroviškus smegenų audinių modelius, kurie gali pakeisti tiek gyvūnų bandymus, tiek kai kuriuos tradicinius žmogaus audinių tyrimus. Naujausias tyrimas, kurį atliko Kalifornijos universiteto Riversaide komanda, gali radikaliai pakeisti neurologijos mokslą ir padėti kurti personalizuotas gydymo strategijas.
Naujos kartos platforma: kaip gimė BIPORES
Tyrėjų sukurta mikroskopinė platforma, pavadinta BIPORES (Bijel-Integrated PORous Engineered System), yra vos 2 milimetrų skersmens, tačiau jos potencialas – milžiniškas. Ši struktūra skirta tam, kad prie jos galėtų pritvirtinti donoro nervų kamieninės ląstelės ir natūraliai virsti pilnai susiformavusiais neuronais. BIPORES pagrindas – plačiai naudojamas polimeras polietileno glikolis (PEG). Įprastai tokio tipo medžiagos reikalauja papildomų dangų, kurios neretai trukdo tiksliai analizei, tačiau šiuo atveju mokslininkai PEG modifikavo taip, kad jis taptų savaime „lipnus“ smegenų ląstelėms.
Į polimerą pridėtos silicio dioksido nanodalelės ir specialiai sutrikdyta jo struktūra sukūrė mikroskopinių porų tinklą, panašų į natūraliai susidarančią smegenų audinio terpę. Kiekviena pora veikia tarsi miniatiūrinė kišenė, kurioje ląstelės gali įsitvirtinti, gauti pakankamai deguonies ir maistinių medžiagų bei augti taip, kaip augtų žmogaus organizme.
Pasak UCR bioinžinieriaus Imano Noshadi, šis dizainas sukuria galimybę ląstelėms ne tik augti, bet ir komunikuoti taip, kaip jos tai darytų natūraliuose smegenų audiniuose. Dėl to mokslininkai gali modeliuoti sudėtingas neuronų sistemas daug tiksliau nei bet kada anksčiau.
Kodėl šis atradimas toks svarbus?
Iki šiol laboratorijose kuriami smegenų organoidai ar audinių modeliai dažnai buvo nepakankamai stabilūs, greitai degraduodavo arba nepasižymėdavo žmogaus smegenims būdingais struktūriniais bruožais. BIPORES keičia situaciją: stabilus, ilgalaikis ir chemikalų iš gyvūnų neturintis pagrindas leidžia auginti ne tik gyvybingesnius, bet ir brandesnius smegenų audinius.
Kaip pažymi tyrėjas Prince’as Davidas Okoro, šios savybės suteikia galimybę atlikti ilgalaikius tyrimus, kurie ypač svarbūs nagrinėjant neurodegeneracines ligas, galvos smegenų traumas ar insulto padarinius. Tik brandžios neuronų struktūros pasižymi funkcijomis, kurias turi tikri smegenų audiniai, o tai reiškia – gauti rezultatai yra labiau pritaikomi klinikinėje praktikoje.
Dar vienas išskirtinis šio metodo privalumas yra galimybė naudoti žmogaus kraujo ar odos ląsteles, iš kurių gali būti išauginamos individualizuotos nervų kamieninės ląstelės. Tai reiškia, kad mokslininkai gali kurti „testinius neuronus“, kurie genetiškai ir funkciškai atitinka konkretų pacientą. Toks personalizavimas medicinoje – viena didžiausių XXI a. mokslo ambicijų.
Naujas kelias į etinius ir tikslesnius mokslinius tyrimus
Gyvūninų tyrimai ilgą laiką buvo būtina neurologijos tyrimų dalis. Tačiau jie ne tik kelia etinių klausimų – rezultatai ne visuomet tiksliai atspindi žmogaus fiziologiją. Tikroviškesni žmogaus smegenų modeliai galėtų reikšmingai sumažinti priklausomybę nuo eksperimentų su gyvūnais.
BIPORES atveria duris naujiems, tikslesniems ir etiškai švaresniems moksliniams metodams. Kuriant audinių modelius, kurie funkcionuoja kaip tikros žmogaus ląstelės, tyrėjai gali analizuoti ligų mechanizmus, medikamentų poveikį ar pažeidimų atkūrimo procesus daug detaliau ir patikimiau.
Didesnės ambicijos: nuo smegenų iki organų tinklų
Nepaisant to, kad dabartinis modelis yra vos kelių milimetrų dydžio, tyrėjų vizija yra gerokai platesnė. Jie tiki, kad tokia pati technologija galėtų būti pritaikyta ir kitų organų modeliavimui – pavyzdžiui, kepenims ar inkstams. Dar daugiau – šie modeliai ateityje galėtų būti sujungti į tarpusavyje bendraujančią organų sistemą, kuri leistų analizuoti, kaip vieno organo liga paveikia kitą. Tai būtų žingsnis link visiškai naujo supratimo apie žmogaus biologiją ir tarpsisteminius ryšius.
Šiuo metu tyrėjai daugiausia dėmesio skiria platformos didinimui ir tolesniam jos veikimo tyrimui, tačiau jų optimizmas aiškiai parodo, kad šis mokslinis proveržis – ne laikina sensacija, o ilgalaikė kryptis, galinti pakeisti neurologijos, medicinos ir biologijos ateitį. Tyrimas buvo publikuotas žurnale Advanced Functional Materials, o jį finansavo įvairios JAV ir Europos mokslo institucijos.
Nuotraukos asociatyvinės © Canva.
