Sains menarik inspirasi dari mana saja untuk terobosan. Piring lengket dengan bakteri memberi kami antibiotik pertama - penisilin. Menggabungkan ragi dengan elektroda platinum di bawah tegangan memberi kami obat kemoterapi yang kuat - cisplatin. Dr. Andrew Pelling dari Universitas Ottawa mengambil ide radikalnya dari fiksi ilmiah klasik The Little Horror Store. Secara khusus, dia menyukai antagonis utama film: tanaman kanibal, Aubrey 2.
Itu adalah sesuatu yang terlihat seperti tanaman dengan ciri mamalia, kata Pelling pada konferensi Pengobatan Eksponensial di San Diego minggu ini. "Jadi kami mulai bertanya-tanya: bisakah ini ditanam di laboratorium?"
Tujuan akhir Pelling, tentu saja, bukanlah untuk menghidupkan monster sci-fi. Sebaliknya, dia ingin memahami apakah tanaman konvensional dapat menyediakan struktur yang diperlukan untuk menggantikan jaringan manusia.
Munculnya mekanobiologi
Menumbuhkan telinga manusia dari apel mungkin tampak seperti proses yang aneh, tetapi titik awal Pelling adalah bahwa bagian dalam berserat sangat mirip dengan lingkungan mikro tempat jaringan manusia yang direkayasa secara biologis biasanya ditanam di laboratorium.
Untuk membuat pengganti telinga, misalnya, para ilmuwan secara rutin memotong atau mencetak 3D struktur pendukung berlubang dari bahan biokompatibel yang mahal. Mereka kemudian menginokulasi sel induk manusia ke dalam struktur ini dan dengan susah payah memasoknya dengan campuran faktor pertumbuhan dan nutrisi, mendorong sel untuk tumbuh. Akhirnya, setelah berminggu-minggu dan berbulan-bulan inkubasi, sel-sel tersebut berkembang biak dan berdiferensiasi menjadi sel-sel kulit di hutan. Hasilnya adalah telinga yang direkayasa secara biologis.
Masalahnya adalah penghalang untuk masuk sangat tinggi: sel induk, faktor pertumbuhan dan bahan untuk hutan semuanya mahal untuk dibeli dan sulit diproduksi.
Video promosi:
Tetapi apakah komponen ini benar-benar dibutuhkan?
Melalui serangkaian percobaan, Pelling dan lainnya telah menemukan bahwa gaya mekanis ini bukan hanya produk sampingan dari biologi; sebaliknya, mereka secara fundamental mengatur mekanisme molekuler yang mendasari sel.
Studi sebelumnya telah menunjukkan bahwa setiap tahap pertumbuhan embrio - "proses fundamental dalam biologi" - dapat diatur dan dikendalikan oleh informasi mekanis. Dengan kata lain, kekuatan fisik dapat menyebabkan sel membelah dan bermigrasi melalui jaringan, karena kode genetik kita memandu perkembangan seluruh organisme.
Di laboratorium, peregangan dan stimulasi sel secara mekanis tampaknya mengubah perilakunya secara radikal. Dalam satu tes, tim Pelling menaburkan sel kanker ke selembar sel kulit yang tumbuh di bagian bawah cawan Petri. Sel kanker berkumpul dalam bola-bola kecil, membentuk penghalang yang jelas antara mikrotumor dan sel kulit.
Tetapi ketika tim ilmuwan menempatkan seluruh sistem seluler dalam perangkat yang sedikit meregangkannya - meniru pernapasan dan gerakan tubuh - sel tumor menjadi agresif, menyerang lapisan sel kulit.
Yang lebih keren: tidak diperlukan gerakan aktif untuk gaya mekanis untuk mengubah perilaku sel. Bentuk lingkungan mikro cukup untuk memandu tindakan mereka.
Misalnya, saat Pelling menempatkan dua jenis sel dalam struktur fisik dengan alur, sel tersebut akan terlepas sendiri dalam beberapa jam, dan satu jenis tumbuh di alur dan jenis lainnya pada proyeksi yang lebih tinggi. Hanya dengan merasakan bentuk permukaan bergelombang ini, mereka "belajar" untuk memisahkan dan menyesuaikan secara spasial.
Jadi: dengan hanya menggunakan satu bentuk, sel dapat distimulasi untuk membentuk model tiga dimensi yang kompleks.
Dan di sini apel akan membantu kita.
Sebuah apel … atau telinga?
Di bawah mikroskop, lingkungan mikro apel berada pada skala yang sama dengan permukaan buatan untuk membuat jaringan pengganti. Penemuan ini membuat para ilmuwan bertanya-tanya: apakah mungkin menggunakan struktur permukaan tanaman ini untuk menumbuhkan organ manusia?
Untuk mengujinya, mereka mengambil sebuah apel dan mencuci semua sel tumbuhannya, DNA, dan biomolekul lainnya. Hanya ada perancah berserat yang tersisa - masih tersangkut di gigi Anda. Ketika tim menempatkan sel manusia dan hewan di dalam, sel tersebut mulai tumbuh dan menyebar.
Didorong oleh hasil tersebut, para ilmuwan mengukir sebuah apel dalam bentuk telinga manusia dan mengulangi proses di atas. Dalam beberapa minggu, sel-sel itu berkembang biak dan mengubah sepotong apel menjadi telinga manusia yang berdaging.
Tentu saja, satu bentuk tidak akan cukup. Jaringan pengganti juga harus berakar di dalam tubuh.
Tim kemudian menanamkan hutan apel tepat di bawah kulit tikus. Hanya dalam delapan minggu, sel-sel tikus yang sehat tidak hanya menjajah matriks, tetapi tubuh tikus juga menghasilkan pembuluh darah baru yang membantu hutan hidup dan berkembang.
Jaringan yang direkayasa secara biologis memiliki tiga sifat penting: aman, biokompatibel, dan dihasilkan dari sumber etis yang dapat diperbarui.
Pindah dari teori ke praktik
Pelling sangat terkesan dengan hasilnya karena kesederhanaannya: tidak memerlukan sel induk atau faktor pertumbuhan eksotis untuk bekerja. Pendekatan elegan hanya menggunakan struktur fisik tanaman.
Tim saat ini memperluas pekerjaan mereka ke tiga bidang utama rekayasa jaringan: tulang rawan jaringan lunak, jaringan tulang, sumsum tulang belakang, dan saraf. Yang penting adalah mencocokkan struktur mikro spesifik tanaman dengan jaringan.
Dan mengapa membatasi diri kita pada tubuh yang diberikan alam kepada kita? Jika bentuk perancah adalah satu-satunya penentu rekayasa jaringan atau organ, mengapa tidak membuat bentuk Anda sendiri?
Pelling mempersenjatai diri dengan ide ini dan menciptakan perusahaan desain yang akan merancang tiga jenis telinga yang berbeda: telinga manusia biasa, telinga runcing seperti Spock, dan telinga bergelombang, yang secara teori dapat menekan atau meningkatkan berbagai frekuensi.
Ilya Khel
