Уникальная микрофизиологическая система может с высокой точностью воспроизводить работу различных участков человеческих легких, что может кардинально изменить подход к исследованию респираторных инфекций.
На разработку новой технологии ученых из Киотского университета вдохновили трудности, с которыми сталкиваются специалисты при попытке воспроизвести реакцию легочной ткани на вирусы, такие как COVID-19. Существующие методы — модели на животных или клеточных культурах — не дают возможности точно воспроизвести сложные и разнообразные процессы, происходящие в различных зонах легких, от бронхов до альвеол.
Для проведения таких исследований ученые из разных стран создают так называемые «органы-на-чипе» — уже известна успешная разработка «кожи-на-чипе», «печени-на-чипе», почечной ткани, которая самостоятельно формирует кровеносные сосуды, и даже «мозга-на-чипе».
Японские исследователи создали свою инновационную систему, которая, благодаря индуцированным плюрипотентным стволовым клеткам (iPSCs) человека, позволяет точно моделировать как воздухоносные пути, так и альвеолярную ткань легких. Это открывает новые перспективы в понимании механизмов вирусных заболеваний и разработке персонализированных методов терапии. По словам ведущего автора исследования, аспиранта Киотского университета Сачина Ядава, ключевым преимуществом является возможность моделировать реакцию различных отделов легких, используя генетически идентичные клетки. Это особенно важно для оценки индивидуальной восприимчивости человека к инфекции и потенциального ответа на лечение.
В отличие от стандартных лабораторных моделей, новая технология дает возможность более точно исследовать, как различные вирусы воздействуют на ткани легких и как они по-разному влияют на разные отделы этого сложного органа. Кроме того, она обеспечивает высокую точность в тестировании эффективности медикаментов, что особенно важно в условиях быстро распространяющихся инфекций и угроз новых пандемий. Как подчеркивает руководитель проекта Рюдзи Екокава, данные, полученные в ходе исследований, могут использоваться не только для респираторных заболеваний, но и для создания моделей других органов, что позволит ученым исследовать межорганные взаимодействия.
Старший научный сотрудник Такеши Нода добавляет, что возможность воспроизводить разнообразные иммунные реакции различных участков легких на заражение вирусами может существенно улучшить понимание новых патогенов и ускорить разработку медикаментов на самых ранних стадиях — это особенно ценно в условиях угрозы новых пандемий, подобных COVID-19. Использование iPSC-технологий, в свою очередь, позволяет моделировать болезни на основе клеток конкретного пациента, что приближает медицину будущего, ориентированную на индивидуальные особенности каждого организма.
Потенциал новой системы простирается далеко за пределы исследований вирусных инфекций. Она может быть использована для моделирования различных заболеваний, включая хронические воспалительные процессы, фиброз и даже онкологические патологии, а также для применения в персонализированной медицине.
Тем временем свое «легкое-на-чипе» разработали российские ученые: узнайте, как эта технология поможет в освоении Арктики.
Фото: hi-tech.mail.ru