Исследователи из Института Фрэнсиса Крика в сотрудничестве с компанией AlveoliX разработали первую человеческую модель «лёгкого-на-чипе», полностью состоящую из стволовых клеток одного донора. Эта технология позволяет с высокой точностью воспроизводить процесс дыхания и динамику развития заболеваний в организме конкретного человека в лабораторных условиях.
Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, представляет собой значительный шаг вперёд в области персонализированной медицины и изучения инфекционных заболеваний, включая туберкулёз (ТБ).
Ранее модели «лёгкого-на-чипе» создавались с использованием смеси клеток от разных доноров или коммерчески доступных клеточных линий. Это затрудняло понимание того, как заболевание развивается в организме конкретного человека. В отличие от них, новая модель полностью состоит из генетически идентичных клеток. Используя стволовые клетки одного донора, учёные получили альвеолярные и сосудистые клетки лёгких и разместили их на специальном пластиковом чипе.
Чтобы лабораторная среда максимально соответствовала реальным условиям в человеческом организме, исследователи применили несколько ключевых технологических решений:
Механическая симуляция. Прежде всего было воссоздано ритмичное движение, характерное для лёгких. Специализированное оборудование, разработанное AlveoliX, растягивает чип в трёх измерениях, имитируя процесс дыхания. Такая механическая нагрузка способствует правильному развитию клеток и формированию структур, необходимых для функционирования лёгких.
Интегрированный иммунный ответ. Кроме того, в модель был встроен полноценный механизм иммунного ответа. Учёные добавили на чип макрофаги — специализированные иммунные клетки, также полученные из стволовых клеток того же донора. Это позволило наблюдать, как иммунная система конкретного человека взаимодействует с инфекцией.
Моделирование туберкулёза. Наконец, система была использована для моделирования туберкулёза. Введя бактерии в модель, исследователи смогли изучить ранние, невидимые стадии развития заболевания. Наблюдения показали, что через пять дней после инфицирования защитный барьер лёгких нарушается, что точно отражает реальное течение болезни и открывает возможности для тестирования новых методов лечения.
По словам автора исследования Макса Гутьерреса, данный метод снижает необходимость использования животных в экспериментах и позволяет заранее определить, насколько эффективным будет тот или иной антибиотик для конкретного пациента.
В дальнейшем учёные планируют усовершенствовать модель и использовать её для изучения других респираторных инфекций и рака лёгких.
