Naučnici u Cirihu napravili veštačko uho od ćelija ljudske hrskavice i biomastila

Veštačko uho napravljeno na 3D štampaču od ćelija ljudske hrskavice uha i biomastila, napravili su naučnici sa ETH Zurich. U laboratorijskim eksperimentima, istraživači su proizveli hrskavicu uha koja ostaje stabilna kod laboratorijskih životinja. Nedostaje samo jedan element kako bi tkivo bilo elastično kao prirodno uho.

Veštačko uho napravljeno od elastične hrskavice koja ima svojstva prirodnog tkiva

Više od 30 godina, istraživači su nastojali da proizvedu uho u laboratoriji od živog ćelijskog materijala pacijenta. Godine 2016, profesorka sa ETH Zurich Marcy Zenobi-Wong i njen tim napravili su talase sa uhom napravljenim na 3D štampaču. Sada su, međutim, istraživači sa ETH Zurich, sa Friedrich Miescher Institute u Bazelu i iz Cantonal Hospital of Lucerne napravili još jedan važan korak napred. Koristeći ćelije ljudske hrskavice uha, tim naučnika proizveo je elastičnu hrskavicu u laboratoriji, postižući mehanička svojstva slična onima prirodnog tkiva. Veštačka hrskavica ima sličnu stabilnost kao pravo uho i kod laboratorijskih životinja je zadržala svoj oblik i elastičnost nakon šest nedelja. Istraživački rad objavljen je u časopisu Advanced Functional Materials. 

Preporučujemo

Elastin ostaje centralni izazov

Ovo istraživanje je relevantno, ne samo zato što požari i nesreće često dovode do toga da ljudi izgube uši, bilo u celini ili delimično. Pored toga, neka deca pate od kongenitalnih malformacija spoljašnjeg uha. To stanje, poznato kao mikrotija, pogađa oko četvoro od svakih 10.000 dece. Do danas, rekonstrukcija uha korišćenjem pacijentove hrskavice rebara ostaje standardni pristup. Ipak, ovaj postupak je bolan i može da izazove ožiljke i deformacije u grudnom delu, a rekonstruisano uho je često čvršće od prirodnog uha.

- Ne implantiramo meko tkivo u nadi da će ostati stabilno u telu. Umesto toga, želimo da postignemo tu stabilnost u laboratoriji - ističe glavni autor studije Philipp Fisch, viši istraživač u Tissue Engineering and Biofabrication Group ETH. 

Ipak, elastin ostaje centralni izazov. Ovaj protein je ono što daje uhu njegovu savitljivost. Istraživači ne samo da treba da ga proizvedu, već treba i pravilno da ga umreže i osiguraju  njegovu dugoročnu stabilizaciju. Ali, još uvek nisu utvrdili precizan biološki „nacrt“ za postizanje ovog cilja.

Od uzorka tkiva do odštampanog uha

Istraživački tim izvukao je ćelije iz malih ostataka hrskavice uklonjenih tokom operacija kako bi se ispravio oblik ušiju pacijenata. Ovo je poslužilo kao početni materijal. Sto hiljada ćelija se u početku može izolovati iz malog komada tkiva prečnika približno tri milimetra. Međutim, odštampano uho zahteva nekoliko stotina miliona ćelija.

Istraživači su stoga dozvolili ćelijama da dalje rastu u laboratoriji, stavljajući ih u poseban hranljivi rastvor. Takođe su razvili posebno okruženje za kultivaciju kako bi snabdeli unutrašnjost odštampanog uha hranljivim materijama i kiseonikom i osigurali da tkivo sazreva na ujednačen način. Testirali su različite faktore rasta kako bi se podstakla deoba  ćelija. Istovremeno, želeli su da spreče ćelije hrskavice uha da se ponašaju kao fibroblasti.

Ove ćelije vezivnog tkiva prvenstveno proizvode kolagen tipa I i mogu da formiraju ožiljno tkivo. Rezultat bi bila fibrohrskavac, mekše tkivo sa kolagenom tipa I, umesto čvršćeg kolagena tipa II i elastina koji se obično nalaze u hrskavici uha. Istraživači su zatim ugradili umnožene ćelije u bio-mastilo, materijal sličan gelu koji služi kao nosač. Koristili su 3D štampač kako bi formirali strukture uha od ovog mastila. Odmah nakon štampanja, tkivo je i dalje bilo veoma meko.

Nakon skoro 9 nedelja laboratorijskog sazrevanja, istraživači su implantirali konstrukcije uha pod kožu pacova

Odštampane uši su zatim stavljene u inkubator da sazrevaju nekoliko nedelja i dobijale su kontinuirano snabdevanje hranljivim materijama. Cilj je bio da se podstiče formiranje kolagena tipa II, elastina i glikozaminoglikana - molekula sličnih šećeru koji vezuju vodu i poboljšavaju čvrstoću hrskavice. Autor studije veruje da je kombinacija četiri faktora bila odlučujuća za uspeh tima.

- Optimizovali smo proliferaciju ćelija, prilagodili svojstva materijala, povećali gustinu ćelija i efikasnije kontrolisali okruženje za sazrevanje - objašnjava Philipp Fisch.

Nakon skoro devet nedelja laboratorijskog prethodnog sazrevanja, istraživači su implantirali konstrukcije uha pod kožu pacova. Zatim su pratili tkivo tokom nekoliko nedelja. Otkrili su da su veštačke uši ostale stabilne nakon šest nedelja, sa mehaničkim svojstvima sličnim onima prirodne hrskavice.

- Uprkos ovom velikom uspehu, elastin ostaje izazov za nas, jer nismo bili u stanju da u potpunosti sazri. Posmatrali smo promene u tkivu. To jasno pokazuje da moramo dodatno da ga stabilizujemo - navodi Fisch.

Samo nekoliko istraživačkih grupa širom sveta radi na proizvodnji elastične hrskavice uha. Štaviše, proces istraživanja je vremenski intenzivan, a jedan eksperiment traje otprilike tri do četiri meseca. Istraživači su sproveli složene eksperimente koji su kombinovali različite uslove kako bi dekodirali biološki plan, koji ostaje nedostižan. Kontrolisano formiranje stabilne elastinske mreže je odlučujuće da veštačko uho održi svoj oblik na duži rok.

(eKlinika.rs)