За първи път е създаден дишащ модел на белодробна тъкан, използвайки клетки от един-единствен човек. Това постижение е дело на изследователи от Института „Франсис Крик“ в Лондон и швейцарската компания AlveoliX. Забележително е, че този модел „белодробна тъкан на чип“ ще предостави информация за туберкулозата (ТБ) и ще усъвършенства персонализираната медицина.

Чипът действа като белодробна тъкан. Тъй като тези чипове могат да се движат като дишащ бял дроб, изследователите могат да ги използват, за да видят как тялото на конкретен човек се бори с ТБ, което улеснява намирането на подходящото лечение за този индивид.

„Предвид нарастващата нужда от технологии, които не включват използването на животни, подходите с органи на чип стават все по-важни за възпроизвеждането на човешките системи, като се избягват разликите в анатомията на белите дробове, състава на имунните клетки и развитието на заболяването между животни и хора“, казва Макс Гутиерес, главен ръководител на групата за взаимодействия между гостоприемник и патоген в лабораторията за туберкулоза в Crick и старши автор.

За да разберат по-добре как тялото се бори с респираторни заболявания като грип и туберкулоза, учените разработват технологията „lung-on-chip“ (белодробен чип) — миниатюрни устройства с пластмасов корпус, които възпроизвеждат въздушните мехурчета (алвеоли). Това е мястото, където се осъществява газообменът и се развиват инфекциите.

Обикновено тези модели бяха затруднени от използването на „несъответствие“ на клетки от различни източници, което не успяваше да отрази точно биологията на един човек. След като най-накрая създадоха тези чипове, използвайки генетичния профил на един индивид, изследователите вече могат да наблюдават с точност уникалната борба между човешките клетки и бактериите: нещо, което преди беше невъзможно. Този пробив използва индуцирани плюрипотентни стволови клетки (iPSCs), за да създаде генетично идентична миниатюрна екосистема.

„Съставени изцяло от генетично идентични клетки, чиповете могат да бъдат създадени от стволови клетки на хора с определени генетични мутации. Това ще ни позволи да разберем как инфекции като туберкулозата влияят на даден индивид и да тестваме ефективността на лечения като антибиотици“, добавя Гутиерес.

За да симулира живота, системата AlveoliX използва ритмично триизмерно разтягане. Тя изтегля и натиска тъканта, за да имитира разширяването на човешкото дишане. Това механично напрежение е жизненоважно. Без него клетките не развиват малките структури, известни като микровили, които са от съществено значение за функционирането на белите дробове.

За да симулират инфекцията, изследователите запълниха чипа с имунни клетки (макрофаги), съвместими с донора, и въведоха бактерии на туберкулоза. Това им позволи да наблюдават първите прояви на заболяването в една единствена, последователна генетична среда.

Туберкулозата е кошмар за пациентите и лекарите поради своята скритост. Тя се развива бавно и могат да минат месеци между първото вдишване на бактериите и първата кашлица. Чрез добавяне на собствените имунни клетки (макрофаги) на донора към чипа, екипът наблюдаваше развоя на борбата в реално време. Те идентифицират образуването на „некротични ядра“ – групи от мъртви имунни клетки – пет дни преди цялата белодробна бариера да се срути.

„ТБ е бавно развиващо се заболяване, при което между заразяването и появата на симптомите минават месеци, така че има все по-голяма нужда да се разбере какво се случва в невидимите ранни стадии“, обяснява Джаксон Лук, постдокторант в Лабораторията за взаимодействия между гостоприемник и патоген при туберкулозата и първи автор.

Тази технология предлага изход от етичните и анатомични ограничения на тестовете върху животни. Мишките не дишат като хората и имунната им система не реагира на туберкулозата по същия начин като нашата. Макар че настоящият модел се фокусира върху туберкулозата, екипът вече гледа напред. Грипът, COVID-19 и дори ракът на белия дроб могат да бъдат следващите цели на тази малка революция в дишането.

Снимка: Pexels/Space Forge

Виж още: Това е научното обяснение защо някои хора повтарят едни и същи лоши решения