Lung-on-chip. Nowa era badań nad gruźlicą i medycyną spersonalizowaną
Urządzenie lung-on-chip pozwala wykrywać najwcześniejsze stadia zakażenia gruźlicą i daje możliwość badania indywidualnego przebiegu choroby oraz testowania spersonalizowanego leczenia.
Gruźlica rozwija się bardzo powoli – objawy pojawiają się dopiero po wielu miesiącach od zakażenia bakterią Mycobacterium tuberculosis. Max Gutierrez, kierujący laboratorium Host-Pathogen Interactions in Tuberculosis, podkreśla, że kluczowe jest zrozumienie tego, co dzieje się w początkowej fazie choroby, gdy bakterie po raz pierwszy napotykają mechanizmy obronne w pęcherzykach płucnych.
– Pęcherzyki płucne są pierwszą barierą przeciw infekcjom, ale do tej pory badano je głównie u zwierząt, takich jak myszy. Choć te badania są ważne, różnice między gatunkami ograniczają wnioski dotyczące ludzi, dlatego szukamy alternatywnych technologii – powiedział Max Gutierrez.
Jedną z nich są organy na chipie – miniaturowe modele ludzkich narządów na plastikowym chipie z maleńkimi kanałami i komorami. Choć systemy typu lung-on-chip istnieją, często wykorzystują mieszankę komórek od różnych dawców, co ogranicza możliwość wiernego odtworzenia funkcji płuc jednej osoby.
Aby to zmienić, Max i Jakson Luk opracowali nowy model, w którym wszystkie komórki pochodzą z jednej ludzkiej komórki macierzystej, dzięki czemu są genetycznie identyczne. Indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste przekształca się w nabłonek pęcherzyków płucnych typu I i II, hodowany na górnej stronie cienkiej membrany, oraz w komórki śródbłonka naczyniowego na stronie dolnej. Urządzenie firmy AlveoliX dodatkowo odtwarza ruch oddychania, wywołując rytmiczne rozciąganie, co stymuluje tworzenie mikrokosmków zwiększających powierzchnię funkcjonalną płuc.
Nowy chip pozwala badać okres „czarnej skrzynki” gruźlicy – czas między zakażeniem a wystąpieniem objawów. Po dodaniu makrofagów, czyli komórek odpornościowych reagujących pierwsze na infekcję, i ekspozycji na bakterie gruźlicy, w chipie obserwowano skupiska martwych makrofagów otoczonych żywymi oraz niszczenie bariery komórkowej pięć dni po zakażeniu.
System umożliwia również testowanie wpływu genetyki na reakcję płuc. Zespół usunął gen ATG14, który bierze udział w degradacji uszkodzonych komórek. Makrofagi pozbawione tego genu były bardziej podatne na śmierć i pochłaniały więcej bakterii, potwierdzając rolę genu w utrzymaniu odporności.
Model płuc na chipie daje nadzieję nie tylko w badaniach gruźlicy, ale też innych infekcji dróg oddechowych i raka płuc.
– Chip wspiera rozwój medycyny spersonalizowanej i pozwala zrozumieć wpływ genetyki na skuteczność leczenia – podsumowuje Max.
Nowy model został opisany w artykule opublikowanym w Science Advances.
Źródło: Francis Crick Institute
Czytaj też: Polskie odkrycie wsparciem dla osób z atopowym zapaleniem skóry
Grafika tytułowa: Robina Weermeijer / Unsplash
