מדענים יוצרים רקמת ריאה חיה מודפסת בתלת מימד

חוקרים ב-UBC Okanagan פיתחו מודל תלת-ממדי מודפס ביו-מודפס המחקה מקרוב את מורכבותה של רקמת ריאה טבעית - חידוש שיכול לשנות את האופן שבו מדענים חוקרים מחלות ריאה ומפתחים טיפולים חדשים.

פרופסור חבר בפקולטה למדעים, ד"ר עמנואל אוסיי, אומר שהמודל מייצר רקמה הדומה מאוד למורכבות הריאה האנושית, דבר שיכול לשפר את בדיקות מחלות נשימה ואת פיתוח תרופות.

"כדי לבצע את המחקר שלנו ואת הבדיקות שעלינו לבצע, שבהן אנו חוקרים את המנגנונים של מחלות ריאה מורכבות כדי למצוא בסופו של דבר מטרות חדשות לתרופות, עלינו להיות מסוגלים ליצור מודלים שניתן להשוות אותם לרקמות אנושיות", הוא אומר.

צוות החוקרים השתמש בדיו ביולוגי העשוי מג'לטין שעבר שינוי בפולימר רגיש לאור ופולימר בשם פוליאתילן-גליקול דיאקרילט כדי להדפיס בתלת-ממד הידרוג'ל המכיל סוגי תאים ותעלות מרובות כדי לשחזר את מבנה כלי הדם של דרכי הנשימה האנושיות.

לאחר ההדפסה, ההידרוג'ל מתנהג בדומה למבנה המכני המורכב של רקמת הריאה, מה שמשפר את האופן שבו אנו חוקרים כיצד תאים מגיבים לגירויים.

"מטרתנו הייתה ליצור מודל חוץ גופי רלוונטי יותר מבחינה פיזיולוגית של דרכי הנשימה האנושיות", אומר ד"ר אוסיי, שעובד גם עם מרכז החדשנות ללב וריאה של UBC. "על ידי שילוב רכיבים וסקולריים, נוכל לדמות טוב יותר את סביבת הריאה, שהיא קריטית לחקר מחלות ולבדיקת תרופות."

ד"ר אוסיי הסביר שכאשר אדם מאובחן כחולה בסרטן ריאות, מנתח - בהסכמת המטופל - יכול להסיר את האזור הפגוע יחד עם רקמת ריאה תקינה ולתרום דגימות אלו לחוקרים.

"עם זאת, לחוקר אין שליטה על כמות הרקמה שהוא מקבל", הוא מסביר. "לפעמים מדובר רק בחתיכת רקמה קטנה שמובאת למעבדה ומטופלת בכימיקלים שונים לצורך בדיקה. כעת, בעזרת הדפסה ביולוגית תלת-ממדית, אנו יכולים לבודד תאים מרקמות התורם הללו ואולי ליצור מחדש רקמות נוספות ודגימות בדיקה כדי לערוך מחקר במעבדות שלנו מבלי להסתמך על דגימות תורם חדשות."

מחלות ריאה רבות הן כיום חשוכות מרפא, כולל מחלת ריאות חסימתית כרונית (COPD), אסטמה, פיברוזיס ריאתי אידיופתי וסרטן, אמר ד"ר אוסיי. היכולת ליצור מודלים לבדיקה היא צעד משמעותי קדימה במחקר מחלות נשימה ופיתוח תרופות.

המחקר, שפורסם בכתב העת Biotechnology and Bioengineering בשיתוף פעולה עם Mitacs ובתמיכת Providence Health Care, הוא צעד לקראת הבנת היבטים של מחלות ריאה כגון צלקות ודלקות, ועשוי להוביל לתרופות עתידיות למגוון מחלות.

המאמר תיאר ניסויים שכללו חשיפת מודל תלת-ממדי מודפס ביולוגית לתמצית עשן סיגריות, שאפשרה לחוקרים לצפות בעלייה בציטוקינים פרו-דלקתיים, סמנים לתגובה דלקתית של רקמת הריאה לניקוטין.

"העובדה שהצלחנו ליצור מודל זה ולאחר מכן להשתמש בגורמים מעוררים ספציפיים, כמו עשן סיגריות, כדי להדגים כיצד המודל מגיב ומחקה היבטים של מחלות ריאה היא צעד משמעותי קדימה בהבנת המנגנונים המורכבים של מחלות ריאה ותעזור לנו להבין כיצד לטפל בהן", אומר ד"ר אוסיי.

"המודל שלנו מורכב, אך בשל יכולת השחזור והאופי האופטימלי של הדפסה ביולוגית, ניתן להתאים אותו על ידי הוספת סוגי תאים נוספים או תאים שמקורם בחולים ספציפיים, מה שהופך אותו לכלי רב עוצמה לרפואה מותאמת אישית ולמידול מחלות."

ד"ר אוסיי מציין כי המשך עבודה זו מציב את צוות המחקר שלו בעמדה ייחודית לשתף פעולה עם עמיתים מארגונים כמו אשכול המצוינות במחקר אימונוביולוגיה של UBC, חברות ביוטכנולוגיה וכל מי שמעוניין לפתח מודלים ביו-מלאכותיים.