Forskere lager 3D-printet levende lungevev

Forskere ved UBC Okanagan har utviklet en 3D-bioprintet modell som etterligner kompleksiteten til naturlig lungevev – en innovasjon som kan forandre måten forskere studerer lungesykdommer og utvikler nye behandlinger på.

Førsteamanuensis dr. Emmanuel Osei ved Irving K. Barber ved Det naturvitenskapelige fakultet sier at modellen produserer vev som ligner mye på kompleksiteten til den menneskelige lungen, noe som kan forbedre testing av luftveissykdommer og legemiddelutvikling.

«For å kunne gjøre forskningen vår og testene vi må gjøre, der vi studerer mekanismene bak komplekse lungesykdommer for til slutt å finne nye legemiddelmål, må vi kunne lage modeller som er sammenlignbare med menneskelig vev», sier han.

Forskerteamet brukte et bioblekk laget av lysfølsom polymermodifisert gelatin og en polymer kalt polyetylenglykoldiakrylat for å 3D-printe en hydrogel som inneholder flere celletyper og kanaler for å gjenskape den vaskulære strukturen i den menneskelige luftveien.

Når den er trykt, oppfører hydrogelen seg omtrent som den komplekse mekaniske strukturen i lungevev, noe som forbedrer måten vi studerer hvordan celler reagerer på stimuli.

«Målet vårt var å lage en mer fysiologisk relevant in vitro-modell av den menneskelige luftveien», sier Dr. Osei, som også jobber ved UBCs Heart and Lung Innovation Centre. «Ved å integrere vaskulære komponenter kan vi bedre modellere lungemiljøet, noe som er avgjørende for å studere sykdom og teste legemidler.»

Dr. Osei forklarte at når en person får diagnosen lungekreft, kan en kirurg – med pasientens samtykke – fjerne det berørte området sammen med noe normalt lungevev og donere disse prøvene til forskere.

«En forsker har imidlertid ingen kontroll over hvor mye vev de mottar», forklarer han. «Noen ganger kan det bare være et lite stykke vev som bringes til laboratoriet og behandles med forskjellige kjemikalier for testing. Nå, med 3D-bioprinting, kan vi isolere celler fra disse donorvevene og potensielt gjenskape ytterligere vev og testprøver for å utføre forskning i laboratoriene våre uten å være avhengige av nye donorprøver.»

Mange lungesykdommer er for tiden uhelbredelige, inkludert kronisk obstruktiv lungesykdom (KOLS), astma, idiopatisk lungefibrose og kreft, sa dr. Osei. Muligheten til å lage modeller for testing er et betydelig skritt fremover innen forskning på luftveissykdommer og legemiddelutvikling.

Studien, publisert i tidsskriftet Biotechnology and Bioengineering i samarbeid med Mitacs og støttet av Providence Health Care, er et skritt mot å forstå aspekter ved lungesykdom som arrdannelse og betennelse, og kan føre til fremtidige kurer for en rekke sykdommer.

Artikkelen beskrev tester som inkluderte eksponering av en bioprintet 3D-modell for sigarettrøykekstrakt, noe som tillot forskerne å observere en økning i proinflammatoriske cytokiner, markører for lungevevets inflammatoriske respons på nikotin.

«Det at vi klarte å lage denne modellen og deretter bruke spesifikke triggere, som sigarettrøyk, for å demonstrere hvordan modellen reagerer på og etterligner aspekter ved lungesykdom, er et betydelig skritt fremover i forståelsen av de komplekse mekanismene bak lungesykdom og vil hjelpe oss å forstå hvordan vi skal behandle dem», sier dr. Osei.

«Modellen vår er kompleks, men på grunn av reproduserbarheten og den optimale naturen til bioprinting, kan den tilpasses ved å legge til flere celletyper eller celler avledet fra spesifikke pasienter, noe som gjør den til et kraftig verktøy for personlig medisin og sykdomsmodellering.»

Dr. Osei bemerker at det å fortsette dette arbeidet setter forskerteamet hans i en unik posisjon til å samarbeide med kolleger fra organisasjoner som UBCs Immunobiology Eminence Research Excellence Cluster, bioteknologiselskaper og alle som er interessert i å utvikle biokunstige modeller.