Biotechnolodzy już od dłuższego czasu potrafią hodować z komórek miniaturowe modele niektórych narządów – tzw. organoidy. Jedno z trudnych do pokonania dotąd wyzwań polegało jednak na tym, że niemal nigdy nie udawało się uzyskać dwóch identycznych organoidów – zwracają uwagę eksperci z University of California, San Francisco (USA).

Zespół ten poradził sobie z tą przeszkodą dzięki nowemu żelowi, który przypomina naturalne środowisko organizmu i wspiera wzrost komórek.

Do standardowego żelu znanego jako Matrigel badacze dodali mikroskopijne cząstki alginianu - złożonego węglowodanu pochodzącego z alg.

- Jak się okazało, najważniejsze jest to, w jaki sposób materiał rozluźnia się z upływem czasu - zjawisko, które nazywamy relaksacją naprężeń - tłumaczy Zev Gartner, autor pracy opublikowanej w czasopiśmie „Nature Materials”. - Materiał musi ustępować w takim samym tempie, w jakim tkanki zmieniają swój kształt.

Żel umożliwił badaczom także precyzyjne drukowanie z komórek różnych kształtów w technice druku 3D.

- Płynny Matrigel jest zbyt rzadki, by można było w nim drukować, a gdy stwardnieje, stawia zbyt duży opór – tłumaczy Austin Graham, jeden z naukowców. - Chcieliśmy mieć materiał, który pozwoli nam umieszczać komórki dokładnie tam, gdzie chcemy, a jednocześnie umożliwi im wzrost i samodzielną organizację.

Badacze inspirowali się środowiskiem rozwoju płodów, gdzie podczas wzrostu komórki wywierają nacisk na swoje otoczenie i oddziałują z nim - jeśli środowisko jest zbyt sztywne, rozwój zostaje zahamowany, a jeśli jest zbyt płynne, zaczyna przebiegać nieprawidłowo.

Jak wyjaśniają, zmieszanie mikroskopijnych cząstek alginianu z płynnym Matrigelem stworzyło materiał przypominający trochę mokry piasek, który podtrzymywał komórki macierzyste drukowane w liniach lub skupiskach. Dzięki temu komórki miały podłoże o spójnych kształtach, na którym mogły się rozwijać.

W miarę jak rosły, materiał stopniowo zmniejszał swoje oddziaływanie, pozwalając organoidom rozszerzać się i zwijać w bardziej naturalne formy.

Metodę przetestowano na kilku typach tkanek zdolnych do tworzenia organoidów, w tym na komórkach jelita i gruczołów ślinowych myszy, ludzkich komórkach naczyń krwionośnych oraz ludzkich komórkach mózgowych pochodzących z komórek macierzystych.

Wydrukowane skupiska komórek rozwijały się w zdrowe organoidy i często dojrzewały, tworząc charakterystyczne pączki rozwojowe.

Komórki jelitowe wydrukowane w długich liniach formowały rurki zdolne do transportowania płynu, podobnie jak ma to miejsce w ludzkim jelicie.

Zamiast konstruować tkanki element po elemencie, metoda ta wykorzystuje naturalne zdolności komórek – podkreślają naukowcy.

- Nie budujemy tkanek jak z klocków Lego. Umieszczamy komórki tam, gdzie powinny się znaleźć, a następnie pozwalamy ich programom rozwojowym samodzielnie zorganizować tkankę. Celem jest osiągnięcie etapu, w którym narząd zaczyna budować się sam - wyjaśnia prof. Gartner.

Marek Matacz (PAP)

mat/ agt/