Tworzenie trójwymiarowych modeli szpiku kostnego z wykorzystaniem tuszu na bazie jedwabiu
Organizm człowieka posiada niezwykłą zdolność reagowania na urazy poprzez wytwarzanie płytek krwi, które ułatwiają krzepnięcie krwi. Ten złożony proces jest kontrolowany przez znajdujące się w szpiku kostnym duże komórki zwane megakariocytami. Jednak schorzenia takie jak białaczka, infekcje wirusowe czy choroby krwi mogą zakłócić ten proces, narażając pacjenta na urazy. Aby rozwiązać ten problem, badacze z projektu SILKink(odnośnik otworzy się w nowym oknie), finansowanego przez Europejską Radę ds. Innowacji(odnośnik otworzy się w nowym oknie), opracowali innowacyjną drukarkę do biotuszu, w której jako materiał bazowy wykorzystali jedwab. System ten umożliwia drukowanie w 3D modeli szpiku kostnego, które następnie można zasiedlać żywymi komórkami w celu badania chorób kości, a nawet produkcji płytek krwi ex vivo. Ten przełom może znacznie wzbogacić europejskie badania medyczne i doprowadzić do produkcji leków dostosowanych do indywidualnych potrzeb oraz medycyny spersonalizowanej, co stanowi kluczowy cel Programu UE dla zdrowia(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Celem projektu było wykorzystanie tuszu na bazie jedwabiu do sprawdzenia, czy system ten można zastosować w badaniach nad lekami”, mówi koordynatorka projektu SILKink, Alessandra Balduini z Katedry Medycyny Molekularnej na Uniwersytecie w Pawii(odnośnik otworzy się w nowym oknie) we Włoszech.
Udoskonalone modele szpiku kostnego
Balduini i jej zespół od lat opracowują modele szpiku kostnego, udoskonalając ich mechanizmy i dopracowując aspekty kliniczne. Każdy biotusz wykorzystywany do tworzenia modeli szpiku kostnego musi zapewniać odpowiednią strukturę, umożliwiającą różnicowanie megakariocytów – dużych komórek szpiku kostnego odpowiedzialnych za produkcję płytek krwi. Chociaż istniejące modele sprawdziły się dobrze, brakuje im miękkości niezbędnej do wiernego naśladowania tkanki szpiku kostnego. Jeśli struktura szpiku kostnego nie zostanie dobrze odwzorowana, wprowadzone do niego komórki mogą być narażone na stres i ulegać uszkodzeniom. To prowadzi do zmian w ich DNA, które maskują wpływ leków testowanych w modelu, utrudniając identyfikację skutecznych metod leczenia. Z tego powodu badacze postanowili wykorzystać jedwab. Naturalne włókno jedwabiu, pozyskiwane z kokonów udomowionych jedwabników, jest zarówno elastyczne, jak i niezwykle wytrzymałe, a ponadto stanowi skuteczny nośnik leków. „Odtwarzając warunki panujące w szpiku kostnym, zapewniamy komórkom środowisko zbliżone do fizjologicznego, co ogranicza uszkodzenia DNA, stres komórkowy i stan zapalny. Dzięki temu możemy badać wpływ leku w rzeczywistym systemie”, wyjaśnia Balduini.
Komercjalizacja właściwości leczniczych jedwabiu
Kolejnym ważnym rezultatem projektu było powstanie start-upu Silk4B(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w celu komercjalizacji zaawansowanych modeli szpiku kostnego 3D opracowanych przez zespół oraz powiązanych produktów na bazie jedwabiu. „Dajemy badaczom możliwość korzystania w swoich eksperymentach z modeli szpiku kostnego, którym mogą naprawdę zaufać”, podkreśla Balduini. Start-up sprzedaje produkty badaczom, firmom farmaceutycznym i pracownikom akademickim na całym świecie.
Dalszy rozwój biotuszu na bazie jedwabiu
Balduini i jej zespół nadal pracują nad udoskonaleniem biotuszu. Opracowali między innymi rozwiązanie, dzięki któremu zmienia on kolor, ułatwiając wykrywanie zmian zachodzących w systemie. Rozwijają również platformę do hodowli szpiku kostnego z jedwabiu, która ma służyć do masowej produkcji płytek krwi do transfuzji. Obecnie zespół bada różne zastosowania tych modeli, skupiając się na hodowli komórek pacjentów i obserwacji ich reakcji na leki. Ostatecznie badacze mają nadzieję, że system oparty na jedwabiu znajdzie zastosowanie w praktyce klinicznej, choć jego wdrożenie może nastąpić dopiero za kilka lat.