בפעם הראשונה, מדענים גידלו רקמה פונקציונלית דמוית מוח מבלי להשתמש בחומרים שמקורם בבעלי חיים או להוסיף ציפויים ביולוגיים. הפיתוח פותח את הדלת לבדיקות סמים נוירולוגיות מבוקרות ואנושיות יותר.
המטרה הכוללת של הנדסת רקמות עצביות היא ליצור משהו שדומה מאוד למבנה ולתפקוד המוח האנושי, מה שמאפשר מחקרי מחלות נוירולוגיות ובדיקות תרופות ניתנות לשחזור.
"אחד החסרונות של רוב פלטפורמות רקמות המוח הוא שהן משתמשות בציפויים ביולוגיים כדי לעזור לתאים חיים לשגשג. ציפויים אלה שמקורם בבעלי חיים מוגדרים בצורה גרועה, מה שמקשה על יצירת ההרכב המדויק שלהם לבדיקות מהימנות", אמר אימאן נושאדי, פרופסור חבר לביו-הנדסה ב-UCR שהוביל את הצוות.
בנוסף, שימוש במוחות של בעלי חיים לצורך ביצוע מחקרים הרלוונטיים לתנאי האדם – כפי שהוא כיום הנורמה – אינו אידיאלי. ישנם הבדלים גנטיים ופיזיולוגיים משמעותיים בין המוח של המכרסמים למוח האנושי. פלטפורמה זו עשויה להפחית, ובמקרים מסוימים לבטל, את הצורך בשימוש במוחות של בעלי חיים למטרה זו ומתיישרת עם מאמצי ה-FDA האמריקאי לבטל את דרישות הניסויים בבעלי חיים בפיתוח תרופות.
החומר החדש, המתואר ב-Advanced Functional Materials journal, מתפקד כפיגום שעליו גדלים תאי מוח תורמיים וניתן להשתמש בו למודל של פציעות מוח טראומטיות, שבץ או מחלות נוירולוגיות כמו אלצהיימר.
הוא מורכב בעיקר מפולימר נפוץ הידוע בנייטרליות הכימית שלו הנקרא פוליאתילן גליקול, או PEG. בדרך כלל, תאים חיים אינם מתחברים ל-PEG ללא תוספת של חלבונים כמו למינין או פיברין.
על ידי עיצוב מחדש של PEG למבוך של נקבוביות בעלות מרקם המחובר ביניהן, צוות המחקר הפך חומר אינרטי למטריצה שתאים מזהים, מתיישבים ומשתמשים בה כדי לבנות רשתות עצביות פונקציונליות. ברגע שהתאים הללו מתבגרים, הם יכולים להפגין פעילות עצבית ספציפית לתורם, מה שמאפשר הערכה ישירה של תרופות המכוונות למצבים הנוירולוגיים שלהם.
"מכיוון שהפיגום המהונדס יציב, הוא מאפשר מחקרים לטווח ארוך יותר", אמר הנסיך דיוויד אוקורו, המחבר הראשי של המחקר ומועמד לדוקטורט במעבדתו של נושאדי. "זה חשוב במיוחד מכיוון שתאי מוח בוגרים משקפים יותר תפקוד רקמות אמיתי כאשר חוקרים מחלות או טראומות רלוונטיות."
כדי לבנות את מבנה הפיגום, הצוות השתמש בתהליך שכלל מים, אתנול ו-PEG זורמים דרך נימי זכוכית מקוננים. כשהתערובת הגיעה לזרם מים חיצוני, החלו מרכיביה להיפרד. הבזק של אור ייצב את ההפרדה הזו, וננעל במבנה הנקבובי.
הנקבוביות מאפשרות לחמצן ולחומרי הזנה להסתובב ביעילות בכל המבנה, ובעצם להאכיל את תאי הגזע שנתרמו.
"החומר מבטיח שתאים מקבלים את מה שהם צריכים כדי לגדול, לארגן ולתקשר אחד עם השני בצברים דמויי מוח", אמר נושאדי. "מכיוון שהמבנה מחקה יותר את הביולוגיה, אנחנו יכולים להתחיל לעצב מודלים של רקמות עם שליטה עדינה הרבה יותר על איך תאים מתנהגים."
המחקר החל בשנת 2020 ונתמך על ידי קרנות הסטארט-אפ של Noshadi מ-UC Riverside. עבודתו של אוקורו מומנה על ידי מכון קליפורניה לרפואה רגנרטיבית.
נכון להיום, חומר הפיגום הוא ברוחב של כשני מילימטרים בלבד. בהמשך, הצוות עובד להגדלת המודל והגיש מאמר בנושא המתמקד ברקמת הכבד.
המטרה ארוכת הטווח של הקבוצה היא לפתח חבילה של תרבויות ברמת האיברים המחוברות זו לזו המשקפות את אופן האינטראקציה בין המערכות בגוף. הם מקווים שפלטפורמות רקמות אלו יציעו יציבות, אריכות ימים ופונקציונליות הדומות למודל רקמת המוח.
"מערכת מקושרת תאפשר לנו לראות כיצד רקמות שונות מגיבות לאותו טיפול וכיצד בעיה באיבר אחד עשויה להשפיע על אחר. זהו צעד לקראת הבנת הביולוגיה והמחלות האנושיות בצורה משולבת יותר", אמר נושאדי.
