Az első teljesen szintetikus agyszövetmodell
Először növesztettek funkcionális, agyszerű szövetet állati eredetű anyagok vagy hozzáadott biológiai bevonatok használata nélkül. Ez a fejlesztés megnyitja az utat a kontrolláltabb és humánusabb neurológiai gyógyszerkísérletek előtt. Az idegszövet-mérnöki munka általános célja olyan anyag létrehozása, amely nagymértékben hasonlít az emberi agy szerkezetéhez és működéséhez, lehetővé téve a reprodukálhatóbb neurológiai betegségek kutatását és gyógyszerek tesztelését.
„A legtöbb agyszövet-platform hátránya, hogy biológiai bevonatokat használnak az élő sejtek növekedésének elősegítésére. Ezek az állati eredetű bevonatok rosszul definiáltak, ami megnehezíti pontos összetételük reprodukálását a megbízható teszteléshez” – mondta Iman Noshadi, a UCR biomérnöki tanszékének docense, aki a csapatot vezette.
Ezen kívül az állati agy felhasználása az emberi állapotokkal kapcsolatos kutatásokhoz – ahogyan az jelenleg szokásos – nem ideális. Jelentős genetikai és fiziológiai különbségek vannak a rágcsálók és az ember agya között. Ez a platform csökkentheti, egyes esetekben pedig teljesen kiküszöbölheti az állati agy felhasználásának szükségességét, és összhangban áll az amerikai FDA törekvésével, melynek célja az állatkísérletek fokozatos megszüntetése a gyógyszerfejlesztésben.
Hogyan működik az új, agyszerű vázszerkezet?
Az Advanced Functional Materials folyóiratban leírt új anyag vázszerkezetként működik, amelyen donor agysejtek tenyészthetők, és amely traumatikus agysérülések, stroke vagy olyan idegrendszeri betegségek modellezésére használható, mint az Alzheimer-kór. Elsősorban egy polietilén-glikol vagy PEG néven ismert, kémiai semlegességéről ismert polimerből áll. Az élő sejtek általában nem tapadnak a PEG-hez laminin vagy fibrin fehérjék hozzáadása nélkül. A PEG-et texturált, egymással összekapcsolt pórusok labirintusává alakítva a kutatócsoport egy inert anyagot olyan mátrixszá alakított, amelyet a sejtek felismernek, kolonizálnak és funkcionális ideghálózatok kiépítésére használnak. Miután ezek a sejtek megérnek, donor-specifikus idegi aktivitást mutathatnak, ami lehetővé teszi a neurológiai állapotukra irányuló gyógyszerek közvetlen értékelését.
„Mivel a tervezett váz stabil, hosszabb távú tanulmányok elvégzését teszi lehetővé” – mondta Prince David Okoro, a tanulmány vezető szerzője és Noshadi laboratóriumának doktorandusza. „Ez különösen fontos, mivel az érett agysejtek jobban tükrözik a valódi szövetek működését a releváns betegségek vagy traumák vizsgálata során.”
Innovatív gyártás és jövőbeli alkalmazások
A vázszerkezet felépítéséhez a csapat egy olyan eljárást alkalmazott, amelyben víz, etanol és PEG áramlott egymásba ágyazott üvegkapillárisokon keresztül. Amikor a keverék elérte a külső vízáramot, összetevői elkezdtek szétválni. Egy villanás stabilizálta ezt a szétválást, rögzítve a porózus szerkezetet. A pórusok lehetővé teszik az oxigén és a tápanyagok hatékony keringését a szerkezetben, lényegében táplálva a donoros őssejteket.
„Az anyag biztosítja, hogy a sejtek megkapják mindazt, amire szükségük van a növekedéshez, a szerveződéshez és az agyhoz hasonló klaszterekben való kommunikációhoz” – mondta Noshadi. „Mivel a szerkezet jobban utánozza a biológiát, elkezdhetjük szövetmodellek tervezését, amelyekkel sokkal finomabban szabályozhatjuk a sejtek viselkedését.”
A kutatás 2020-ban kezdődött. Jelenleg a vázszerkezet anyaga csak körülbelül két milliméter széles. A jövőben a csapat a modell méretének növelésén dolgozik, és benyújtott egy kapcsolódó tanulmányt, amely a májszövetre összpontosít. A csoport hosszú távú célja olyan, egymással összekapcsolt szervszintű tenyészetek sorozatának kifejlesztése, amelyek tükrözik a test rendszereinek kölcsönhatását. Remélik, hogy ezek a szövetplatformok az agyszövetmodellhez hasonló stabilitást, hosszú élettartamot és funkcionalitást biztosítanak majd.