На создание новой технологии ученых из Киотского университета вдохновили сложности, с которыми сталкиваются специалисты при попытке воспроизвести в эксперименте реакцию легочной ткани на вирусы, например, COVID-19. Существующие методы — модели на животных или клеточных культурах — не позволяют достоверно воспроизвести сложные и разнообразные процессы, которые происходят в различных зонах легких, от бронхов до альвеол.
Для работ такого рода ученые разных стран создают так называемые «органы-на-чипе» — уже известно об успешной разработке «кожи-на-чипе», «печени-на-чипе», почечной ткани, которая сама выращивает кровеносные сосуды и даже «мозга-на-чипе».
Японские ученых разработали собственную инновационную систему, которая, благодаря индуцированным плюрипотентным стволовым клеткам (iPSCs) человека позволяет точно моделировать как воздухоносные пути, так и альвеолярную ткань легких. Это открывает новые горизонты в понимании механизмов вирусных заболеваний и разработки персонализированных методов лечения. По словам ведущего автора работы, аспиранта Киотского университета Сачина Ядава, ключевым преимуществом является возможность смоделировать реакцию разных отделов легких, при этом 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 позволяет более точно изучать, как разные вирусы поражают ткани легких и как они по-разному влияют на различные отделы этого сложного органа. Кроме того, она обеспечивает высокую точность при тестировании эффективности лекарств, что особенно ценно в условиях быстро распространяющихся инфекций и угроз новых пандемий. Как подчеркивает руководитель проекта Рюдзи Екокава, полученные данные могут использоваться не только для респираторных заболеваний, но и для создания моделей других органов, которые позволят ученым изучать межорганные взаимодействия.
Старший научный сотрудник Такеши Нода добавляет, что способность воспроизводить разнообразные иммунные ответы разных участков легких на заражение вирусами может значительно улучшить понимание новых патогенов и ускорить разработку лекарств на самых ранних этапах - это ценно в условиях угрозы новых пандемий, подобных COVID-19. Использование iPSC-технологий, в свою очередь, делает возможным моделирование болезней на основе клеток конкретного пациента, тем самым приближая медицину будущего, ориентированную на индивидуальные особенности каждого организма.
Потенциал новой системы выходит далеко за пределы изучения вирусных инфекций. Она может применяться для моделирования различных заболеваний, включая хронические воспалительные процессы, фиброз и даже онкологические патологии, а также использоваться в персонализированной медицине.
Тем временем свое «легкое-на-чипе» разработали российские ученые: узнайте как эта технология поможет в освоении Арктики.
