Vědci pokročili v tkáňovém inženýrství plic

Tkáňové inženýrství slavilo první úspěchy s laboratorní tvorbou tkání a orgánů, které nejsou příliš objemné a nemají složitou vnitřní strukturu. Pacientům byl úspěšně transplantován močový měchýř nebo průduška narostlé v laboratoři z pacientových vlastních buněk.

Daří se tak zdolat imunitní bariéru komplikující transplantace orgánů a tkání odebraných dárcům. Buňky se obvykle pěstují na podkladech ze speciálních biodegradovatelných polymerů. Problémy přetrvávají s in vitro růstem orgánů, které mají velký objem a jsou tvořeny větším počtem různých typů buněk, jež musejí být v tkáních dokonale organizovány.

Jednou z možností, jak se vypořádat s problémy s vhodným podkladem pro kultivaci buněk, je využití extracelulární matrix dárcovského orgánu. Orgán dárce je nejprve vystaven opakovanému působení detergentů, s jejichž pomocí se odstraní všechny živé buňky a jejich komponenty.

Dojde k tzv. decelularizaci. Po ní zbude jen extracelulární matrix, která není po transplantaci imunogenní. Na extracelulární matrix orgánu se pak nasadí buňky budoucího příjemce a ty jsou na tomto podkladu kultivovány in vitro. Extracelulární matrix tvořená převážně kolagenem vytváří buňkám vhodné prostředí pro růst a navíc diriguje jednotlivé buněčné typy k růstu, jehož výsledkem je původní funkční struktura orgánu. Vnitřní organizaci rostoucího orgánu určují různé molekuly vázané na kolagenové síti.

Tímto způsobem bylo získáno srdce laboratorního potkana a následně se postup v principu osvědčil i u decelularizovaného srdce prasete, jehož extracelulární matrix vytvořila vhodné podmínky pro růst lidských kardiomyocytů. Takto vytvořené srdce se v podmínkách in vitro chová v mnoha ohledech jako normální orgán. Jeho výkon při pumpování krve je však padesátkrát nižší. Podobně byl získán na decelularizovaném podkladu štěp jaterní tkáně potkana.

Hned několik týmů se nyní pokusilo vypěstovat plíce nebo plicní tkáň na extracelulární matrix získané decelularizací tohoto orgánu. Američtí tkáňoví inženýři vedení Joaquinem Cortiellou referují na stránkách časopisu Tissue Engineering A o pokusech, při nichž byly na extracelulární matrix decelularizovaných myších plic pěstovány myší buňky a vznikl orgán, jehož buňky vykazovaly náležitou strukturu a buněčné markery svědčící o adekvátní diferenciaci jednotlivých buněčných typů.

Angela Panoskaltsis‑Mortariová a její kolegové z University of Minnesota využili obdobného postupu k vytvoření bioreaktorového systému myší plicní tkáně, jejž lze využít k testování prostředků využitelných k regeneraci poškozených plic. Také výsledky jejich experimentů zveřejnil časopis Tissue Engineering A.

Tým Laury Niklasonové zašel ještě dále a v publikaci zveřejněné prestižním vědeckým týdeníkem Science popisuje výsledky transplantace jedné plíce, jež vznikla v podmínkách in vitro na extracelulární matrix vytvořené decelularizací z plic potkana.

„Byli jsme překvapeni, jak dobře orgán po transplantaci fungoval,“ řekla Niklasonová v rozhovoru pro vědecký týdeník Nature. „Orgán pracoval po transplantaci v těle příjemce dvě hodiny a plnil přitom základní funkce při výměně oxidu uhličitého a kyslíku mezi plícemi a krví. Výměna plynů dosahovala 95 % fyziologických hodnot.“ Rentgenové vyšetření prokázalo, že transplantovaná plíce normálně funguje, i když její provzdušnění bylo zjevně snížené. Po dvou hodinách byli potkani s transplantovanou plicí utraceni, protože se u nich začaly projevovat následky tromboembolie.

Z praktického hlediska je jasné, že buňky plic starších a navíc i nemocných lidí nejsou vhodné pro kultivaci orgánu na extracelulární matrix. Pro tyto pacienty bude nutné diferencovat potřebné buňky z pluripotentních buněk, například z indukovaných pluripotentních kmenových buněk vzniklých z jiného typu somatických buněk pacienta. „Skutečným přínosem naší práce je fakt, že jsme vytvořili technologický i vědecký základ pro to, aby se vědci zabývající se biologií kmenových buněk mohli zapojit do řešení tohoto problému,“ řekla Laura Niklasonová.

Také Angela Panoskaltsis‑Mortariová považuje in vitro vytvořenou plicní tkáň za ideální model pro studium diferenciace plic, výzkum plicních infekcí a dalších aktuálních problémů.

Pro studium funkcí plic a testování léků se nabízí i čip vytvořený týmem Donalda Ingbera z bostonské Harvard University a popsaný v Science. Na čipu byla kultivací vytvořena „dvojvrstva“ z lidských buněk plic a buněk krevních kapilár.

Vznikl tak model plicního alveolu. Čip je určen pro potřeby farmaceutických firem k efektivnímu a rychlému testování velkého množství různých molekul za podmínek, které se blíží podmínkám in vivo mnohem více než tradiční tkáňové kultury plicní tkáně. Čip dokáže simulovat nejen fyziologické podmínky, ale i mechanické namáhání plicních alveolů při dýchání.

Ingber a jeho spolupracovníci testovali na „plicním čipu“ například průnik nanočástic nebo postup bakteriální infekce.

Využití čipu při testování potenciálních léků by mohlo významně přispět k vyšší úspěšnosti klinických zkoušek léků cílených na léčbu plic. Dnes se při klinických zkouškách osvědčí jen každý desátý přípravek. „S autentičtějším systémem pro testaci bychom mohli tento poměr zvýšit na jedna ku třem,“ doufá Ingber.

Zdroj: Medical Tribune