Sains mendapat inspirasi dari mana-mana untuk mencapai kejayaan. Plat lengket dengan bakteria memberi kami antibiotik pertama - penisilin. Menggabungkan ragi dengan elektrod platinum di bawah voltan memberi kami ubat kemoterapi yang kuat - cisplatin. Dr. Andrew Pelling dari University of Ottawa menarik idea radikalnya dari Little Horror Store klasik fiksyen sains. Secara khusus, dia menyukai watak antagonis utama filem: tanaman kanibalistik Aubrey 2.
Ini adalah sesuatu yang kelihatan seperti tumbuhan dengan sifat mamalia, kata Pelling pada persidangan Perubatan Eksponensial di San Diego minggu ini. "Jadi kami mula bertanya-tanya: bolehkah ini ditanam di makmal?"
Tujuan utama Pelling, tentu saja, bukan untuk menghidupkan monster sains. Sebaliknya, dia ingin memahami apakah tanaman konvensional dapat menyediakan struktur yang diperlukan untuk menggantikan tisu manusia.
Kebangkitan mekanobiologi
Menumbuhkan telinga manusia dari epal mungkin terasa seperti proses yang aneh, tetapi titik awal Pelling adalah bahagian dalam berserat sangat mirip dengan persekitaran mikro di mana tisu manusia bioengineen biasanya tumbuh di makmal.
Sebagai contoh, untuk membuat penggantian telinga, saintis memotong struktur sokongan berlubang atau cetak 3D secara rutin dari bahan biokompatibel yang mahal. Mereka kemudian menyuntik sel induk manusia ke dalam struktur ini dan dengan tekun membekalkannya dengan faktor pertumbuhan dan nutrien, mendorong sel-sel untuk tumbuh. Akhirnya, setelah minggu dan bulan inkubasi, sel-sel berkembang biak dan membezakan menjadi sel-sel kulit di hutan. Hasilnya adalah telinga bioengineered.
Masalahnya ialah halangan masuk sangat tinggi: sel induk, faktor pertumbuhan dan bahan untuk hutan semuanya mahal untuk dibeli dan sukar dihasilkan.
Video promosi:
Tetapi adakah komponen ini benar-benar diperlukan?
Melalui satu siri eksperimen, Pelling dan yang lain telah mengetahui bahawa kekuatan mekanik ini bukan hanya hasil sampingan dari biologi; sebaliknya, mereka secara asasnya mengatur mekanisme molekul sel yang mendasari.
Kajian sebelumnya telah menunjukkan bahawa setiap tahap pertumbuhan embrio - "proses mendasar dalam biologi" - dapat diatur dan dikendalikan oleh informasi mekanik. Dengan kata lain, kekuatan fizikal dapat mendorong sel untuk membelah dan berpindah melalui tisu, kerana kod genetik kita memandu perkembangan seluruh organisma.
Di makmal, sel yang meregang dan merangsang secara mekanikal nampaknya mengubah tingkah laku mereka secara radikal. Dalam satu ujian, pasukan Pelling menaburkan sel-sel barah ke selembar sel kulit yang tumbuh di bahagian bawah piring Petri. Sel-sel barah bersatu dalam bebola kecil, membentuk penghalang yang jelas antara sel mikrotumor dan kulit.
Tetapi ketika pasukan saintis meletakkan seluruh sistem sel dalam alat yang meregangkannya sedikit - meniru pernafasan dan pergerakan tubuh - sel-sel tumor menjadi agresif, menyerang lapisan sel kulit.
Apa yang lebih sejuk: tidak diperlukan pergerakan aktif untuk daya mekanikal untuk mengubah tingkah laku sel. Bentuk persekitaran mikro cukup untuk memandu tindakan mereka.
Sebagai contoh, ketika Pelling meletakkan dua jenis sel dalam struktur fizikal yang berlekuk, sel-sel itu melepaskan diri dalam beberapa jam, dan satu jenis tumbuh di alur dan yang lain pada rabung yang lebih tinggi. Hanya dengan merasakan bentuk permukaan bergelombang ini, mereka "belajar" untuk memisahkan dan menyesuaikan secara spasial.
Jadi: dengan hanya menggunakan satu bentuk, sel dapat dirangsang untuk membentuk model tiga dimensi yang kompleks.
Dan di sini epal akan membantu kita.
Sebiji epal … atau telinga?
Di bawah mikroskop, persekitaran mikro epal berada pada skala panjang yang sama dengan permukaan buatan untuk membuat tisu pengganti. Penemuan ini membuat para saintis tertanya-tanya: adakah mungkin menggunakan struktur permukaan tumbuhan ini untuk menumbuhkan organ manusia?
Untuk menguji ini, mereka mengambil sebiji epal dan mencuci semua sel tumbuhan, DNA, dan biomolekul lain. Hanya ada perancah berserat yang tersisa - ia masih tersekat di gigi anda. Ketika pasukan meletakkan sel manusia dan haiwan di dalam, sel-sel itu mulai tumbuh dan menyebar.
Didorong oleh hasilnya, para saintis mengukir epal dalam bentuk telinga manusia dan mengulangi proses di atas. Dalam beberapa minggu, sel-sel berkembang biak dan mengubah sebiji epal menjadi telinga manusia yang berdaging.
Sudah tentu, satu bentuk tidak akan mencukupi. Tisu pengganti juga mesti berakar di dalam badan.
Pasukan itu kemudian menanam hutan epal tepat di bawah kulit tikus. Hanya dalam masa lapan minggu, sel tikus yang sihat tidak hanya menjajah matriks, tetapi badan tikus juga menghasilkan saluran darah baru yang membantu hutan hidup dan berkembang.
Tisu bioteknologi mempunyai tiga sifat penting: selamat, biokompatibel, dan dihasilkan dari sumber etika yang boleh diperbaharui.
Beralih dari teori ke praktik
Pelling sangat terkesan dengan hasilnya kerana kesederhanaannya: ia tidak memerlukan sel stem atau faktor pertumbuhan eksotik untuk berfungsi. Pendekatan elegan hanya menggunakan struktur fizikal tanaman.
Pasukan ini kini memperluas pekerjaan mereka ke tiga bidang utama kejuruteraan tisu: tulang rawan tisu lembut, tisu tulang, saraf tunjang dan saraf. Yang penting adalah memadankan struktur mikro spesifik tanaman dengan tisu.
Dan mengapa mengehadkan diri kita pada tubuh yang diberikan oleh alam semula jadi kepada kita? Sekiranya bentuk perancah adalah satu-satunya penentu kejuruteraan tisu atau organ, mengapa tidak membuat bentuk anda sendiri?
Pelling melengkapkan dirinya dengan idea ini dan mencipta syarikat reka bentuk yang akan merangkai tiga jenis telinga yang berbeza: telinga manusia biasa, telinga runcing seperti Spock, dan telinga bergelombang, yang secara teori dapat menekan atau meningkatkan pelbagai frekuensi.
Ilya Khel
