Prvi potpuno sintetički model moždanog tkiva

Znanstvenici su prvi put uzgojili funkcionalno tkivo slično mozgu bez upotrebe materijala životinjskog podrijetla ili dodanih bioloških premaza. Ovaj razvoj otvara vrata kontroliranijem i humanijem neurološkom testiranju lijekova.

Novi model moždanog tkiva mogao bi omogućiti značajan napredak u neurološkim istraživanjima. Krajnji cilj inženjerstva neuralnog tkiva je stvoriti nešto što strukturi i funkciji nalikuje ljudskom mozgu, omogućujući reproducibilnije studije neuroloških bolesti i testiranje lijekova.

„Jedan od nedostataka većine platformi za moždano tkivo je taj što koriste biološke premaze kako bi pomogle živim stanicama da napreduju. Ovi premazi životinjskog podrijetla slabo su definirani, što otežava ponovno stvaranje njihovog točnog sastava za pouzdano testiranje“, rekao je Iman Noshadi, izvanredni profesor bioinženjerstva na UCR-u koji je vodio tim.

Osim toga, korištenje životinjskih mozgova za provođenje istraživanja relevantnih za ljudske uvjete, kao što je trenutno norma, nije idealno. Postoje značajne genetske i fiziološke razlike između mozga glodavaca i ljudskog mozga. Ova platforma mogla bi smanjiti, a u nekim slučajevima i eliminirati, potrebu za korištenjem životinjskih mozgova u tu svrhu te je u skladu s naporima američke organizacije FDA da postupno ukine testiranje na životinjama u razvoju lijekova.

Novi materijal, opisan u časopisu Advanced Functional Materials, funkcionira kao skela na kojoj se uzgajaju donorske moždane stanice i mogao bi se koristiti za modeliranje traumatskih ozljeda mozga, moždanih udara ili neuroloških stanja poput Alzheimerove bolesti.

Primarno se sastoji od uobičajenog polimera poznatog po svojoj kemijskoj neutralnosti koji se naziva polietilen glikol ili PEG. Obično se žive stanice ne vežu za PEG bez dodatka proteina poput laminina ili fibrina.

Preoblikovanjem PEG-a u labirint teksturiranih, međusobno povezanih pora, istraživački tim je pretvorio inertni materijal u matricu koju stanice prepoznaju, koloniziraju i koriste za izgradnju funkcionalnih neuronskih mreža. Nakon što te stanice sazriju, mogu pokazivati ​​neuronsku aktivnost specifičnu za donora, što omogućuje izravnu procjenu lijekova usmjerenih na njihova neurološka stanja.

„Budući da je konstruirana konstrukcija stabilna, omogućuje dugotrajnije studije“, rekao je Prince David Okoro, glavni autor studije i doktorski kandidat u Noshadijevom laboratoriju. „To je posebno važno jer zrele moždane stanice bolje odražavaju funkciju stvarnog tkiva prilikom istraživanja relevantnih bolesti ili trauma.“

Za izgradnju skeletne strukture, tim je koristio proces koji uključuje vodu, etanol i PEG koji teku kroz ugniježđene staklene kapilare. Kada je smjesa dosegla vanjski tok vode, njezine komponente su se počele odvajati. Bljesak svjetlosti stabilizirao je ovo odvajanje, zaključavajući poroznu strukturu.

Pore ​​omogućuju učinkovitu cirkulaciju kisika i hranjivih tvari kroz strukturu, u biti hraneći donirane matične stanice. 

„Materijal osigurava da stanice dobiju ono što im je potrebno za rast, organiziranje i međusobnu komunikaciju u skupinama sličnim mozgu“, rekao je Noshadi. „Budući da struktura bliže oponaša biologiju, možemo početi dizajnirati modele tkiva s puno finijom kontrolom nad ponašanjem stanica.“

Istraživanje je započelo 2020. godine, a podržala su ga Noshadijeva startup sredstva sa sveučilišta UC Riverside. Okorov rad financirao je Kalifornijski institut za regenerativnu medicinu.

Trenutno je materijal skele širok samo oko dva milimetra. U budućnosti tim radi na skaliranju modela i predao je srodni rad usmjeren na tkivo jetre.

Dugoročni cilj grupe je razviti niz međusobno povezanih kultura na razini organa koje odražavaju kako sustavi u tijelu međusobno djeluju. Nadaju se da će ove tkivne platforme ponuditi stabilnost, dugovječnost i funkcionalnost usporedivu s modelom moždanog tkiva.

„Međusobno povezani sustav omogućio bi nam da vidimo kako različita tkiva reagiraju na isti tretman i kako problem u jednom organu može utjecati na drugi. To je korak prema razumijevanju ljudske biologije i bolesti na integriraniji način“, rekao je Noshadi.