צוות של מדענים פיתח שיטה פשוטה לייצור אוטומטי של אורגנואידים ריאות שיכולים לחולל מהפכה בפיתוח הטיפולים למחלות ריאה. האורגנואידים האלה, מבנים מיניאטוריים המכילים את התאים שריאות אמיתיות עושות, יכולים לשמש לבדיקת תרופות ניסיוניות בשלבים מוקדמים בצורה יעילה יותר, ללא צורך בשימוש בחומר מן החי. בעתיד, מטופלים יכולים אפילו לגדל אורגנואידים מותאמים אישית מהרקמה שלהם כדי לנסות טיפולים פוטנציאליים מראש.
"התוצאה הטובה ביותר כרגע – בפשטות – היא שזה עובד", אמרה פרופסור דיאנה קליין מאוניברסיטת דויסבורג-אסן, המחברת הראשונה של המאמר ב- גבולות בביו-הנדסה וביוטכנולוגיה. "משמעות הדבר היא שבאופן עקרוני ניתן לייצר אורגנואידים של ריאות באמצעות תהליך אוטומטי. המבנים המורכבים הללו מייצגים את המצב in vivo טוב יותר משורות תאים קונבנציונליות ובכך משמשים מודל מחלה מצוין".
בשלב הבא, האורגנואידים יכולים לשמש גם לבדיקת תרופות פוטנציאליות באמצעות שיטות תפוקה גבוהה. אילו מהם יעילים ובאיזה ריכוז? זה יכול להאיץ את הפיתוח של תרופות ספציפיות לחולים. יתר על כן, האורגנואידים יכולים לשמש גם כדי לחזות תגובות ספציפיות למטופל לטיפול בהקרנות או לטיפולים פוטנציאליים אחרים."
דיאנה קליין, פרופסור, אוניברסיטת דואיסבורג-אסן
תאי גזע מתגברים
מציאת טיפולים טובים יותר למחלות ריאה תציל מיליוני חיים ברחבי העולם. אבל ריאות הן מבנה מורכב, קשה למודל במעבדה, כך שניתן יהיה לבדוק טיפולים במהירות וביעילות. אורגנואידים של הריאות הם אופציה מבטיחה למחקר, אך עד כה הם דרשו עבודה ידנית קפדנית מדי כדי שישמשו אותם בבדיקות רפואיות פרה-קליניות.
"לוקחים תא התחלתי, במקרה שלנו תא הגזע, ומכפילים אותו – התאים גדלים בצלחת פלסטיק מתאימה", הסביר קליין. "לאחר שהתאים גדלו מספיק, אז אתה מנתק אותם מצלחת הפלסטיק ו'מחית' את התאים ליצירת אגרגטים תאיים קטנים. אנחנו עושים זאת על ידי הנחת מספר מסוים של תאים בצלחת אנטי-דביקה. לאחר מכן התאים צפים יחד ויוצרים גופים עובריים. לאחר מכן מבנים אלה מטופלים בגורמי גדילה שונים אלה, בדרך כלל בריאה או בחומרים שנמצאים בריאה. חומרים, התאים הופכים לסוגי תאים שונים שנמצאים בריאות."
המדענים הכניסו את גופות העובר שלהם לתוך מיכל מיוחד עם קרום ערבוב מתמשך, שהכיל מצע מתאים לגידול האורגנואידים. הם גם תרביתו באופן ידני סט בקרה של אורגנואידים על לוח גידול קונבנציונלי. האורגנואידים בילו ארבעה שבועות במיכל, ולאחר מכן נותחו באמצעות מיקרוסקופיה, אימונופלואורסצנציה, אימונוהיסטוכימיה ורצף RNA כדי לראות כיצד האורגנואידים התפתחו, אילו תאים נוצרו, ועד כמה הם דומים לאורגנואידים שגדלו באופן קונבנציונלי.
ניתוח אישר ששתי הקבוצות של האורגנואידים פיתחו את המבנים דמויי הריאות המייצגים את דרכי הנשימה והמכשכים שמדענים חיפשו, ורצף RNA הראה שהם פיתחו תאי ריאה אפיתל ומזודרמליים אופייניים. שתי הקבוצות פיתחו את אותם סוגי תאים, אם כי בפרופורציות שונות במקצת – למשל, אורגנואידי ריאה שנוצרו באופן ידני הכילו יותר תאים מכתשיים. האורגנואידים שפותחו בביוריאקטור נראו גדולים יותר, עם פחות כדורים מכתשיים.
מיני ריאות כדי למקסם את המחקר?
העובדה שהביוריאקטור יכול לייצר יותר אורגנואידים בכל פעם, עם פחות עבודה ידנית, יכולה להיות מחליף משחק לחקר מחלות ריאות. עם זאת, יהיה צורך בבדיקות נוספות כדי לבסס את התנאים הטובים ביותר להתפתחות האורגנואידים, והאורגנואידים עצמם יצטרכו להשתפר כדי לחקות טוב יותר את תנאי החיים האמיתיים בגוף.
"אורגנואידים עדיין לא יכולים לשחזר במלואו את הרכב תאי הריאה", אמר קליין. "חלק מהתאים עדיין חסרים עבור 'התמונה הגדולה', כמו חדירת תאי חיסון וכלי דם. אבל האורגנואידים עצמם מראים מבנים ברונכיולריים ומכתשיים טובים מאוד! ברור שאין לנו זרימת דם, כלומר התנאים סטטיים למדי. אבל עבור פלטפורמת סקר מוכוונת מטופל, זה אולי לא הכרחי, אם עדיין לא ניתן להשיג תובנות מורכבות לגבי מערכות אלו בתאים. אורגניזם שלם, אבל הם מבוססי אדם – יש לנו את התאים שאנחנו מוצאים גם בחולים".
"יש עדיין הרבה מקום לאופטימיזציה", הוסיף קליין. "אנו זקוקים לפרוטוקולים חזקים וניתנים להרחבה לייצור אורגנואידים בקנה מידה גדול. זה דורש התייחסות מדוקדקת של תכנון הביוריאקטור, סוגי התאים שבהם יש להשתמש והתנאים שבהם מטפחים האורגנואידים. אבל אנחנו עובדים על זה!"
