Teadus ammutab läbimurde jaoks inspiratsiooni igalt poolt. Kleepuv plaat bakteritega andis meile esimese antibiootikumi - penitsilliini. Pärmi ühendamine pinge all oleva plaatinaelektroodiga andis meile võimsa keemiaravi - tsisplatiini. Ottawa ülikooli dr Andrew Pelling ammutab oma radikaalsed ideed ulmeklassikast The Little Horror Store. Eriti meeldib talle filmi peamine antagonist: kannibalistlik taim Aubrey 2.
See on midagi, mis näeb välja imetajate tunnustega taimena, ütles Pelling sel nädalal San Diegos toimunud eksponentsiaalse meditsiini konverentsil. "Nii et me hakkasime mõtlema: kas seda saab laboris kasvatada?"
Pllelini lõppeesmärk pole muidugi ulmekoletise ellu äratamine. Selle asemel soovib ta mõista, kas tavalised taimed suudavad tagada inimkudede asendamiseks vajaliku struktuuri.
Mehhaanilise bioloogia tõus
Inimese kõrva õuntest kasvatamine võib tunduda veider protsess, kuid Pingeli lähtepunkt on, et kiulised siseküljed on hämmastavalt sarnased mikrokeskkonnaga, kus biogeneesitud inimkudet tavaliselt laborites kasvatatakse.
Kõrvaasenduse tegemiseks lõikasid teadlased rutiinselt või 3D-printimisel õõnsad tugistruktuurid kallitest bioühilduvatest materjalidest. Seejärel inokuleerivad nad inimese tüvirakud sellesse struktuuri ja varustavad seda vaevaliselt kasvufaktorite ja toitainetega, innustades rakke kasvama. Lõpuks pärast nädalaid ja kuid kestnud inkubatsiooni rakud vohavad ja diferentseeruvad metsades naharakkudeks. Tulemuseks on biogeneesitud kõrv.
Probleem on selles, et turule sisenemise barjäär on väga suur: tüvirakud, kasvutegurid ja metsade materjalid on kõik kallid ja raskesti toodetavad.
Reklaamvideo:
Kuid kas neid komponente on tõesti vaja?
Mitmete katsete abil on Pelling ja teised avastanud, et need mehaanilised jõud pole lihtsalt bioloogia kõrvalsaadus; pigem reguleerivad nad fundamentaalselt raku aluseks olevaid molekulaarseid mehhanisme.
Varasemad uuringud on näidanud, et embrüo kasvu iga etappi - „bioloogilises protsessis“- saab mehaanilise teabe abil reguleerida ja kontrollida. Teisisõnu, füüsilised jõud võivad kutsuda rakke kudedes jagunema ja rändama, kuna meie geneetiline kood juhib kogu organismi arengut.
Laboris näib, et rakkude venitamine ja mehaaniliselt stimuleerimine muudab nende käitumist radikaalselt. Ühes testis piserdas Pellingi meeskond vähirakke Petri tassi põhjas kasvatatud naharakkude lehele. Vähirakud tulevad kokku väikeste pallikestena, moodustades selge tõkke mikrotuumori ja naharakkude vahel.
Kuid kui teadlaste meeskond asetas kogu rakusüsteemi seadmesse, mis seda pisut venitas - hingamise ja keha liikumise matkimist -, muutusid kasvajarakud agressiivseks, tungides naharakkude kihti.
Mis on veelgi lahedam: mehaaniliste jõudude poolt raku käitumise muutmiseks pole vaja aktiivset liikumist. Nende tegevuse juhtimiseks piisab mikrokeskkonna vormist.
Näiteks kui Pelling asetas kahte tüüpi rakke soonde füüsilisse struktuuri, eraldusid rakud mõne tunni jooksul iseenesest ja üks tüüp kasvas soontes ja teine kõrgematel harjadel. Lihtsalt tunnetades selle gofreeritud pinna kuju, õppisid nad "eralduma" ja ruumiliselt sobivaks.
Niisiis: ainult ühte kuju kasutades saab rakke stimuleerida keerukate kolmemõõtmeliste mudelite moodustamiseks.
Ja siin aitab õun meid.
Õun … või kõrv?
Mikroskoobi all on õuna mikrokeskkond sama pikkusega kui kunstpinnad asenduskudede valmistamiseks. See avastus pani teadlasi imestama: kas seda taime pinnastruktuuri on tõesti võimalik kasutada inimese organite kasvatamiseks?
Selle testimiseks võtsid nad õuna ja pesi kõik selle taimerakud, DNA ja muud biomolekulid. Alles on jäänud kiulised tellingud - need jäävad endiselt teie hammaste külge kinni. Kui meeskond pani inimese ja looma rakud enda sisse, hakkasid rakud kasvama ja levima.
Tulemuse innustamisel nikerdasid teadlased inimkõrva õuna ja kordasid ülaltoodud protsessi. Mõne nädala jooksul rakud prolifereerusid ja muutsid tükikese õunat lihaks inimkõrvaks.
Muidugi ei piisa ühest kujust. Asenduskude peab juurduma ka keha sees.
Seejärel siirdas meeskond õunametsad otse hiire naha alla. Vaid kaheksa nädala jooksul ei kolonistinud terved hiirerakud mitte ainult maatriksit, vaid näriliste keha tootis ka uusi veresooni, mis aitasid metsadel elada ja jõudsalt areneda.
Bioenergeetiliselt kujundatud koel on kolm olulist omadust: see on ohutu, bioloogiliselt ühilduv ja toodetud taastuvatest eetilistest allikatest.
Liikudes teooria juurest praktikasse
Pelling avaldab tema tulemustele erilist muljet oma lihtsuse tõttu: selle tööks pole vaja tüvirakke ega eksootilisi kasvutegureid. Elegantne lähenemine kasutab lihtsalt taime füüsilist struktuuri.
Meeskond laiendab praegu oma tööd kudetehnika kolmele põhivaldkonnale: pehmete kudede kõhred, luukoed, seljaaju ja närvid. Tähtis on sobitada taime spetsiifiline mikrostruktuur koega.
Ja miks piirduda kehaga, mille loodus meile kinkis? Kui kudede või elundite rajamist mõjutavad ainult karkassi kujundid, siis miks mitte luua oma kujundeid?
Pelling relvastas end selle ideega ja lõi disainifirma, mis toestaks kolm erinevat tüüpi kõrva: tavalised inimese kõrvad, teravad kõrvad nagu Spocki ja lainelised kõrvad, mis teoreetiliselt võiksid erinevaid sagedusi alla suruda või suurendada.
Ilja Khel
