Nadchodzi era biologicznych robotów

W drodze wzrostu od pojedynczej komórki, aż po żywe ukształtowane tkanki, organizm składa się i rozciąga niczym bajeczne origami. Bioinżynierowie z San Francisco udowodnili, że wiele złożonych struktur tkanek składających się na ciała ssaków, można odtworzyć w prosty sposób. W ten sposób budowana jest scena pod przyszłe zastosowania, począwszy od hodowli ludzkich tkanek w celu transplantacji aż po lekkie roboty biologiczne – bioroboty.

Komórki mezenchymalne

W swoim nowym artykule — opublikowanym 28 grudnia 2017 r. w czasopiśmie Developmental Cell, naukowcy odkryli, że wyspecjalizowane komórki zwane mezenchymalnymi odgrywają szczególną rolę w odkształcaniu niektórych tkanek w trakcie rozwoju. Komórki te podobnie do pająków tworzą sieć włókien zewnątrzkomórkowej matrycy (extracellular matrix – ECM) w celu wsparcia strukturalnego tkanki.

Występujące w różnych częściach ciała mezenchymalne komórki, wytwarzają siły wewnętrzne w tkankach, przyjmując tym samym różne kształty. Podobny proces zachodzi w kosmkach, które wyścielają tkanki jelit oraz biorą udział w procesie trawienia.

Biodrukowanie 4D

Naukowcy następnie wykazali, że mogą z powodzeniem wykorzystać te naturalnie występujące procesy, na próbkach tkanek w laboratorium. Poprzez ułożenie określonych wzorców ludzkich komórek mezenchymalnych, badacze mogli spowodować, aby cienkie płatki żywych tkanek składały się, formując miski, cewki, a nawet niewystępujące w przyrodzie sześciany.

W taki sposób wyglądało formowanie się żywej stworzonej w labolatorium tkanki.
W taki sposób wyglądało formowanie się hodowanej w laboratorium żywej tkanki. Zdj. Engadget

„Naukowcy zaczynają lepiej rozumieć i kontrolować biologię. Wewnętrzna zdolność mechanicznie aktywnych komórek do pobudzania zmian w formowaniu tkanki stanowi podstawę do budowania złożonych i funkcjonalnych tkanek syntetycznych”- powiedział starszy autor Zev Gartner, profesor chemii farmaceutycznej. Jego celem jest przekształcenie biologii w dyscyplinę inżynierską.”

„Nie można tak po prostu wydrukować żywej tkanki bezpośrednio za pomocą biotuszu i drukarki 3D” – powiedział Gartner. „Należy stworzyć szablon, który będzie ewoluował w miarę upływu czasu, a to nazywane jest biodrukowaniem 4D”.

Jednym z celów pracy, jak wspomina Gartner, jest stworzenie organoidów. Organoidy to małe, wyhodowane w laboratorium tkanki, zwykle z komórek macierzystych pobranych od człowieka. Wykorzystywane są na przykład, jako materiał do badania leków na jakąś chorobę, stając się narzędziem medycyny precyzyjnej.

Gartner i jego zespół muszą poznać jeszcze wszystkie wzorce, które kontrolują odkształcanie tkanki. Próbują dowiedzieć się, w jaki sposób komórki te różnicują się w odpowiedzi na mechaniczne zmiany zachodzące podczas odkształcania tkanki in vivo, czerpiąc inspirację z określonych etapów rozwoju zarodka.

Nieograniczone możliwości inżynierii tkankowej

W przyszłości Gartner wyobraża sobie wykorzystanie tych zasad do laboratoryjnej uprawy ludzkich narządów bądź budowania z żywych tkanek – biorobotów.

„Zaczynamy dostrzegać, że możliwe jest odtworzenie naturalnych procesów rozwojowych, a działając w sposób inżynierski budować tkanki” – powiedział, dr Alex Hughes, doktor habilitowany z laboratorium Gartnera. „To zupełnie nowe spojrzenie w dziedzinie inżynierii tkankowej

„Zadziwiające było dla nas to, jak dobrze to wszystko działa i jak prosto zachowują się komórki” – powiedział Gartner. „Mamy dowód na to, że z perspektywy inżynierskiej, to co możemy z tym zrobić, jest ograniczone jedynie przez naszą wyobraźnię”.

Sięgnij po więcej podobnych artykułów na przykład o stworzonych in vitro bijących sercach.

Daj znać, jeśli spodobał Ci się artykuł oraz napisz komentarz, aby czytelnicy mogli poznać Twoją opinię.