מיני ריאות אנושיות שגדלו על ידי מדענים מאוניברסיטת מנצ'סטר יכולות לחקות את התגובה של בעלי חיים כאשר הם נחשפים לננו חומרים מסוימים.
המחקר במעבדה לביולוגיה NanoCell של האוניברסיטה במרכז לננוטכנולוגיה ברפואה מתפרסם בכתב העת המשפיע ננו היום.
למרות שלא צפוי להחליף לחלוטין מודלים של בעלי חיים, אורגנואידים אנושיים עלולים להוביל בקרוב להפחתה משמעותית במספר חיות המחקר, טוענת הצוות בראשות ביולוגית התא והננו-טוקסיקולוגית ד"ר סנדרה ורניק.
גדלים בצלחת מתאי גזע אנושיים, אורגנואידי ריאות הם מבנים רב-תאיים ותלת-ממדיים שמטרתם ליצור מחדש תכונות מפתח של רקמות אנושיות כמו מורכבות התא וארכיטקטורה.
הם משמשים יותר ויותר כדי להבין טוב יותר מחלות ריאות שונות, החל מסיסטיק פיברוזיס ועד סרטן ריאות, ומחלות זיהומיות כולל SARS-CoV-2.
עם זאת, יכולתם ללכוד תגובות רקמות לחשיפה לננו-חומר לא הוכחה עד כה.
כדי לחשוף את המודל האורגני לננו-חומרים מבוססי פחמן, ד"ר רחף עיסא, המדען הראשי בקבוצתו של ד"ר Vranic, פיתח שיטה למינון מדויק והזרקת מיקרו של ננו-חומרים לתוך לומן האורגנואיד.
הוא דימה את החשיפה האמיתית של האפיתל הריאתי האפיקלי, השכבה החיצונית ביותר של תאים המצפה את מעברי הנשימה בתוך הריאות.
נתונים קיימים של מחקר בבעלי חיים הראו שסוג של ננו-צינוריות פחמן ארוכות ונוקשות (MWCNT) עלולות לגרום להשפעות שליליות בריאות, מה שמוביל לדלקת מתמשכת ופיברוזיס – סוג רציני של צלקות בלתי הפיכות בריאות.
באמצעות אותן נקודות קצה ביולוגיות, אורגנואידי הריאות האנושיים של הצוות הראו תגובה ביולוגית דומה, מה שמאמת אותם ככלים לחיזוי תגובות מונעות ננו-חומר ברקמת הריאה.
האורגנואידים האנושיים אפשרו הבנה טובה יותר של אינטראקציות של ננו-חומרים עם רקמת המודל, אך ברמה התאית.
תחמוצת גרפן (GO), צורה שטוחה, דקה וגמישה של ננו-חומר פחמן, נמצאה כלואת לרגע מחוץ לטווח הפגיעה בחומר המיוצר על ידי מערכת הנשימה הנקרא מוצין מפריש.
לעומת זאת, MWCNT גרמה לאינטראקציה מתמשכת יותר עם תאי המכתשית, עם הפרשת מוצין מוגבלת יותר והובילה לצמיחה של רקמה סיבית.
בפיתוח נוסף, ד"ר עיסא ו-וראניץ', שבסיסם במרכז האוניברסיטה לננוטכנולוגיה ברפואה, מפתחים וחוקרים כעת אורגנואיד ריאות אנושי פורץ דרך המכיל גם רכיב תא חיסון משולב.
ד"ר Vranic אמר: "עם אימות נוסף, חשיפה ממושכת ושילוב של מרכיב חיסוני, אורגנואידים של ריאות אנושיים יכולים להפחית במידה ניכרת את הצורך בבעלי חיים המשמשים במחקר ננו-טוקסיקולוגי.
"פותח כדי לעודד מחקר הומני בבעלי חיים, ה-3Rs של החלפה, צמצום ועידון מוטמעים כעת בחוק הבריטי ובמדינות רבות אחרות.
"העמדות הציבוריות מראות באופן עקבי שתמיכה במחקר בבעלי חיים מותנית ביישום ה-3Rs".
'בדיקות דו-ממדיות' נוכחיות של ננו-חומרים באמצעות מודלים של תרבית תאים דו-ממדית מספקות הבנה מסוימת של השפעות סלולריות, אך הן כל כך פשטניות שכן הן יכולות לתאר רק באופן חלקי את הדרך המורכבת שבה תאים מתקשרים זה עם זה. זה בהחלט לא מייצג את המורכבות של האפיתל הריאתי האנושי ועלול לייצג את הפוטנציאל הרעיל של ננו-חומרים, לטוב ולרע.
אף על פי שעדיין יהיה צורך בבעלי חיים במחקר בעתיד הנראה לעין, אורגנואידים 'תלת מימדיים' הם בכל זאת פוטנציאל מרגש בתחום המחקר שלנו ובמחקר באופן כללי יותר כמקבילה אנושית וכאלטרנטיבה של בעלי חיים."
פרופסור קוסטס קוסטרלוס, יו"ר ננו-רפואה, אוניברסיטת מנצ'סטר
