Naukowcom z University of Texas Medical Branch w Galveston udało się powiększyć ludzkie płuca w laboratorium, wykorzystując komponenty z płuc zmarłych dzieci. To przełomowe osiągnięcie otwiera nowe możliwości w medycynie regeneracyjnej.
Specjaliści od komórek macierzystych pracują od kilku lat nad hodowaniem tkanki płucnej. Płuco jest złożonym narządem, który stwarza więcej problemów niż regeneracja innych tkanek, takich jak ludzka skóra. Mimo trudności, badania te są niezwykle obiecujące.
University of Texas Medical Branch (UTMB) po raz pierwszy ogłosiło swoje rozwiązanie dotyczące rosnących płuc w 2010 roku. «Jeśli chodzi o różne typy komórek, płuca są prawdopodobnie najbardziej złożonymi ze wszystkich narządów – komórki w pobliżu wejścia są bardzo różne od tych w płucach,» powiedział w tym czasie naukowiec z UTMB, dr Joaquin Cortiella.
«Ludzie pytają nas, dlaczego robimy płuca, bo to takie trudne, ale potencjał jest tak wielki, a technologia jest tutaj. To zajmie trochę czasu, ale myślę, że stworzymy system, który działa,» dodał.
«Jeśli możemy zrobić dobre płuca dla ludzi, możemy również stworzyć dobry model do badania uszkodzeń,» zasugerował dr Joan Nichols, podkreślając, że:
«Możemy stworzyć zwłókniające płuco lub rozedmowe płuco i ocenić, co dzieje się z tymi, co robią komórki, jak dobrze działa komórka macierzysta lub inna terapia. Możemy zobaczyć, co dzieje się w zapaleniu płuc lub co się dzieje, gdy masz gorączkę krwotoczną, gruźlicę lub hantawirusa – wszystkie czynniki, które celują w płuca i powodują uszkodzenia.»
Badania z 2010 r. obejmowały niszczenie komórek szczurzych płuc poprzez wielokrotne zamrażanie i rozmrażanie, a następnie «ponowne zaszczepianie» płuc embrionalnymi komórkami macierzystymi myszy.
Po zakończeniu prac nad podobnymi, lecz bardziej zakrojonymi na szeroką skalę eksperymentami na płucach świń, naukowcy zastosowali teraz te same zasady inżynierii regeneracyjnej w ludzkich płucach.
Ludzkie płuca hodowane w «akwarium» z wykorzystaniem komórek od zmarłych dzieci
Biorąc płuca od dwojga dzieci, które zmarły na skutek urazu (najprawdopodobniej wypadku samochodowego), naukowcy pozbawili jedno z płuc do nagiego «szkieletu» – właśnie kolagenu i elastyny - głównych białek w tkance łącznej.
Używając tego okrojonego płuca jako «rusztowania», pobierali komórki z innego płuca, które były nakładane na rusztowanie. Taką strukturę płuc umieszczono w komorze wypełnionej pożywną cieczą, którą Nichols opisuje jako «przypominający Kool-Aid».
Po 4 tygodniach zanurzenia zespół wyjął całe ludzkie płuco z płynu – «po prostu bardziej różowy, miększy i mniej gęsty». Zespół następnie z powodzeniem zreplikował proces przy użyciu drugiego zestawu płuc.
To doktor Michael Riddle z UTMB przypisuje się przyspieszeniu procedury powiększania płuc, a zrobił to poprzez improwizację nowego sprzętu z najbardziej codziennych domowych mebli. «On jest tym, który poszedł do domu i rzeczywiście zbudował używając – nie żartuję – akwarium, które poszedł i kupił w sklepie zoologicznym» – mówi dr Nichols.
Czy płuca laboratoryjne mogą być stosowane w przeszczepach?
Przeszczepy płuc są często jedynym sposobem leczenia nieuleczalnych chorób płuc, takich jak mukowiscydoza i przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP). Jednak pomyślne przeszczepy płuc są rzadkie, ponieważ znalezienie pasujących dawców jest bardzo trudne – wielu pacjentów umiera podczas oczekiwania na przeszczepy.
Praca UTMB stanowi przełom w inżynierii regeneracyjnej, ale rzeczywistość płuca wykorzystywanego w laboratoriach, które są wykorzystywane w przeszczepach, może wynosić co najmniej 12 lat, mówi Nichols. Następna faza badań będzie polegała na przetestowaniu laboratoryjnych płuc u świń.
Chociaż charakter badań typu science fiction brzmi niewiarygodnie, UTMB niechętnie ogłaszały swoje wyniki. Rzeczywiście, zespół wyrósł na płuca rok temu, ale medialne wiadomości tylko podbiły tę historię.
«Zajęło nam to rok, aby udowodnić sobie, że naprawdę dobrze nam się to udało. Nie uciekniesz od razu i nie powiesz światu, że masz coś wspaniałego, dopóki nie udowodnisz, że naprawdę zrobiliśmy coś niesamowitego,» mówi dr Nichols.
Aktualne badania i przyszłość inżynierii tkankowej
W 2024 roku badania nad hodowlą płuc z komórek macierzystych zyskują na intensywności. W miarę jak technologia się rozwija, naukowcy coraz częściej wykorzystują zaawansowane metody obrazowania oraz modele komputerowe do przewidywania reakcji komórek w różnych warunkach. Przykładowo, badania przeprowadzone na uniwersytetach w Europie wykazały, że zastosowanie nanotechnologii może znacznie poprawić efektywność hodowli tkanek płucnych.
Dodatkowo, nowe badania wskazują na potencjalne zastosowanie sztucznej inteligencji w monitorowaniu i optymalizacji procesów hodowlanych. Dzięki AI możliwe jest szybsze wykrywanie anomalii oraz lepsze dostosowanie warunków do wzrostu komórek, co może przyspieszyć procesy regeneracyjne.
Z perspektywy klinicznej, badania nad zastosowaniem wyhodowanych płuc w transplantologii są na wczesnym etapie, ale już teraz prognozy wskazują, że za kilka lat będziemy mogli obserwować pierwsze próby przeszczepów płuc stworzonych w laboratoriach. To może zrewolucjonizować leczenie chorób płuc i uratować życie wielu pacjentów czekających na przeszczep.
