V oblasti regeneratívnej medicíny sa odohral významný pokrok, ktorý by ešte pred pár rokmi znel ako sci-fi. Tím výskumníkov z Kalifornskej univerzity v Los Angeles (UCLA) oznámil prelom vo vývoji takzvaných pľúcnych organoidov – miniatúrnych verzií pľúc, ktoré vznikli z ľudských kmeňových buniek.
Na rozdiel od predchádzajúcich pokusov tieto nové modely už obsahujú integrovaný vaskulárny systém, teda sieť krvných ciev, ktorá je pre fungovanie pľúc kľúčová.
Orgány z kmeňových buniek? Už nie hypotéza
Vedci sa snažili už dlhší čas vytvoriť laboratórne verzie ľudských orgánov, ktoré by mohli slúžiť ako modely na testovanie liekov alebo dokonca na budúcu transplantáciu. Najnovší výskum publikovaný v prestížnom časopise Cell však prvýkrát ukazuje, že je možné vytvoriť pľúcne organoidy s realistickou štruktúrou a funkčnou vaskularizáciou.
Význam tohto výskumu presahuje rámec samotných pľúc. Podľa výskumného tímu ide len o začiatok – metóda by sa mohla aplikovať aj pri vývoji ďalších orgánov ako sú črevá alebo obličky.
Kľúčová úloha výskumníčky Mingxia Gu
Za celým projektom stojí doktorka Mingxia Gu, výskumníčka pôsobiaca v Centre regeneratívnej medicíny a výskumu kmeňových buniek Eli a Edythe Broadovej na UCLA. Gu začala skúmať pľúcne ochorenia počas pandémie COVID-19, keď sa dýchací systém stal prioritou výskumu. Počas práce s tradičnými organoidmi si uvedomila zásadný problém – chýbali im krvné cievy, čo výrazne obmedzovalo ich funkčnosť.
Tím sa najskôr pokúsil spojiť rôzne bunkové línie dodatočne – vytvorili bunky označené fluorescenčnými farbami, pričom cievy mali byť červené a pľúcne bunky zelené. No k ich prekvapeniu sa bunky vyvíjali súčasne z rovnakého východiskového materiálu, čo viedlo k zásadnej zmene prístupu.
Spoločný vývoj vedie k lepším výsledkom
Namiesto oddeleného pestovania rôznych typov buniek sa rozhodli pre metódu, v ktorej sa cievy a pľúcne tkanivo vyvíjali paralelne. Výsledok? Organoidy s realistickejšou štruktúrou, vyššou životaschopnosťou buniek a väčšou podobnosťou so skutočnými ľudskými pľúcami.
Takto vytvorené modely umožnili štúdium zriedkavej vrodenej choroby s názvom alveolárna kapilárna dysplázia s chybným zarovnaním pľúcnych žíl, ktorá spôsobuje ťažké dýchacie problémy už u novorodencov. Keďže táto porucha postihuje najmä krvné cievy, tradičné modely bez ciev nemohli ponúknuť dostatočné poznatky. Vďaka novým organoidom však vedci mohli simulovať nielen primárne, ale aj sekundárne abnormality spojené s génovou mutáciou FOXF1.
Vedci vidia v tejto technológii obrovský potenciál nielen pre výskum zriedkavých ochorení, ale aj pre farmaceutický priemysel. Modely umožňujú testovanie liečiv v realistickom ľudskom prostredí, čím sa znižuje potreba experimentovania na zvieratách.
Okrem toho plánuje tím ďalej zlepšovať modelovanie pľúcneho vývoja – chcú pridať mechanické napínanie a vystavenie vzduchu, aby lepšie simulovali prirodzené dýchacie pohyby. To by mohlo posunúť organoidy z „plodového“ štádia vývoja do podoby viac podobnej zrelým pľúcam.
Budúcnosť v medicíne: laboratórne orgány na mieru?
Hoci sme ešte ďaleko od toho, aby sme z laboratória vyšli s plne funkčnými pľúcami pripravenými na transplantáciu, táto práca vytvára základ, ktorý môže v budúcnosti umožniť výrobu personalizovaných tkanív na liečbu ochorení, ktoré dnes nemajú účinnú terapiu.
„Otvorili sme okno do mechanizmov, ktoré riadia vývoj ľudských orgánov. Teraz môžeme pozorovať, ako bunky komunikujú počas vývoja aj v chorobnom stave – priamo v ľudskom modeli,“ uzatvára doktorka Gu.
Čo sú organoidy?
Organoidy sú miniatúrne trojrozmerné štruktúry vytvorené z kmeňových buniek, ktoré napodobňujú architektúru a funkcie skutočných orgánov. Používajú sa na výskum vývoja, ochorení a testovanie liekov. V posledných rokoch sa stali dôležitým nástrojom v medicíne a biotechnológii. Informuje portál National Institutes of Health.
