Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Zielona biotechnologia, czyli inżynieria tkankowa inspirowana światem roślin
Zielona biotechnologia, czyli inżynieria tkankowa inspirowana światem roślin
Transplantologia XXI wieku to nie tylko tradycyjne metody przeszczepiania organów. Aby sprostać potrzebom pacjentów oczekujących na przeszczep, nauka poszukuje nowych biokompatybilnych materiałów i nowych metod inżynierii tkankowej w celu tworzenia sztucznych narządów. Inspiracją dla badaczy jest sama natura i rozwiązania leżące (pozornie) daleko od świata zwierząt. Być może już niedługo ludzkie serce zabije na rusztowaniu z liścia szpinaku.

 

 

Wąskim gardłem ograniczającym dopuszczenie sztucznych narządów do użytku klinicznego pozostaje dotychczasowy brak wydajnego układu naczyniowego. Rozwiązania takie jak sztuczne rusztowania zawierające czynniki pro-angiogeniczne czy tworzenie sieci naczyń z użyciem drukarek 3D wciąż nie w pełni naśladują naturalny układ naczyń włosowatych. Wydajny układ naczyniowy musi zapewnić dostęp tlenu do wszystkich partii narządu, z uwzględnieniem maksymalnego zasięgu dyfuzji wynoszącego 100-200 µm. Aby w pełni naśladować budowę naczyń włosowatych, najmniejsze kapilary muszą osiągać średnicę poniżej 10 µm, a jednocześnie umożliwiać przepływ czerwonych krwinek.

Inspiracją dla stworzenia nowego typu organu było wyjście poza królestwo zwierząt. Nie bez przyczyny bowiem wiązki przewodzące w liściach roślin przypominają układ naczyniowy ssaków – zarówno pod względem funkcji, jak i hierarchicznej organizacji. Badacze z Worcester Polytechnic Institute, Worchester, MA (USA) przeprowadzili eksperyment, w którym wykorzystali wiązki przewodzące liścia szpinaku i powlekli je ludzkimi komórkami.

Rusztowanie mające posłużyć do budowy organu pozyskano na drodze decelularyzacji – techniki usuwania komórek z zastosowaniem jonowych i niejonowych detergentów, którą wykorzystywano także w przypadku rusztowań odzwierzęcych. Struktura pozostała po takim traktowaniu składa się wyłącznie z macierzy zewnątrzkomórkowej, którą w przypadku roślin tworzą celuloza, pektyna i hemiceluloza, tj. polimery, które już niejednokrotnie wykorzystywano jako materiały biokompatybilne (na temat zastosowania bionanocelulozy pisaliśmy m. in. w tym artykule), zaś ściany naczyń tworzy głównie lignina.

Pozbawione komórek roślinnych rusztowanie inkubowano następnie z fibronektyną i pokryto komórkami ludzkimi – do wnętrza naczyń wprowadzono endotelialne komórki HUVEC (ang. human umbilical vein endothelial cells), zaś od zewnętrznej strony rusztowanie pokryto komórkami hMSCs (ludzkie mezenchymale komórki macierzyste) oraz hPS-CMs (ludzkie kardiomiocyty wyprowadzone z pluripotentnych komórek macierzystych pochodzenia embrionalnego). Hodowlę tkanek prowadzono przez 21 dni obserwując częściowe pokrycie rusztowania przez komórki ludzkie, które zachowały swoje funkcje fizjologiczne - obserwowano m. in. kurczliwość kardiomiocytów i prawidłowy metabolizm wapnia. Naczynia szpinaku były w pełni drożne i zdolne do transportu cząstek o średnicy do 10 µm.

Opublikowane wyniki badań stanowią proof of concept w wykorzystaniu materiału roślinnego do zastosowań inżynierii tkankowej. Oprócz liści szpinaku, decelularyzacji poddano także liście pietruszki, bylicy rocznej oraz korzenie włosowate orzechowca, wskazując na szerokie spektrum możliwości w zależności od pożądanego układu naczyń i ich składu chemicznego.

Zanim jednak połączenie królestw roślin i zwierząt znajdzie zastosowanie w praktyce klinicznej, należy spełnić szereg dodatkowych warunków. Cele, które wciąż nie zostały osiągnięte to m. in.: a) całkowite pokrycie rusztowania roślinnego tkanką ludzką; b) dostosowanie budowy naczyń tak, aby odzwierciedlały różnice w funkcji tętnic i żył; c) sposób połączenia tak stworzonego organu z ciałem człowieka oraz ocena odpowiedzi immunologicznej.

Niemniej, hodowla organów z użyciem rusztowań roślinnych jest perspektywą bardziej ekologiczną i opłacalną w stosunku do hodowli z użyciem materiałów odzwierzęcych. Zaprezentowane podejście z pewnością stanowi krok milowy w dziedzinie inżynierii tkankowej i zielonej biotechnologii.

KOMENTARZE
news

<Czerwiec 2017>

pnwtśrczptsbnd
29
30
31
1
2
3
4
6
KIS Technology Open Day
2017-06-06 do 2017-06-06
7
8
10
Wprowadzenie do analizy danych RNA-Seq
2017-06-10 do 2017-06-11
11
12
13
14
Audyt Laboratorium Mikrobiologicznego
2017-06-14 do 2017-06-14
15
16
17
18
21
24
NGS w badaniach regulacji genów
2017-06-24 do 2017-06-25
25
28
29
2
Newsletter