Шовкопряд у лабораторії: як надрукувати кістковий мозок + test

Зміст

• Звідки беруться тромбоцити
• Принтер, що друкує шовком
• Надто твердий, щоб бути реалістичним
• Чому саме шовк
• Від кафедри до стартапу
• Чорнило, що змінює колір
• Що з цього має студент?
• Підсумок
• П’ять запитань: чи має для тебе шовковий кістковий мозок якісь таємниці? (тест)

⇑Звідки беруться тромбоцити

Коли ти порізаєшся, організм реагує миттєво: виробляє тромбоцити, які допомагають крові згортатися. Цим процесом керують мегакаріоцити — гігантські клітини, заховані в кістковому мозку. Вони стежать, щоб тромбоцитів не бракувало, коли вони потрібні.

Проблема в тому, що цей механізм не завжди працює як слід. Порушити його можуть лейкемія, вірусні інфекції або хвороби крові, і тоді пацієнт стає вразливішим до травм. Щоб ефективно шукати способи лікування, вчені мусять добре розуміти, що відбувається в кістковому мозку. А для цього їм потрібна надійна модель.

⇑Принтер, що друкує шовком

Тут на сцену виходить проєкт SILKink, який фінансує Європейська рада з інновацій. Його команда збудувала машину для друку біочорнилом, що використовує шовк як основний матеріал. Пристрій створює тривимірні моделі кісткового мозку, які згодом можна заселити живими клітинами.

Такі моделі дають змогу вивчати захворювання кісток, а також виробляти тромбоцити ex vivo, тобто поза організмом. Ця інновація може значно посилити європейські медичні дослідження та привести до ліків, створених на замовлення, і персоналізованої медицини — ключової мети стратегії EU4Health.

Проєкт координує Алессандра Балдуїні (Alessandra Balduini) з Відділення молекулярної медицини Університету Павії в Італії. За її словами, «мета проєкту полягала в тому, щоб за допомогою шовкового чорнила зрозуміти, чи можемо ми використовувати цю систему для вивчення ліків».

⇑Надто твердий, щоб бути реалістичним

Балдуїні та її команда вже багато років розробляють моделі кісткового мозку, вдосконалюючи як їхні механізми, так і клінічні аспекти. Тож вони точно знають, у чому проблема. Біочорнило має забезпечувати достатньо структури, щоб мегакаріоцити могли диференціюватися. Наявні моделі справляються з цим досить добре, але мають один недолік: вони недостатньо м’які, щоб близько імітувати справжню тканину кісткового мозку.

Це не дрібниця. Якщо структуру відтворено погано, клітини зазнають стресу й ушкоджуються, а це змінює їхню ДНК. Це маскує дію ліків, які випробовують, і ускладнює пошук ефективних методів лікування.

⇑Чому саме шовк

Дослідники обрали природне волокно, яке збирають із коконів одомашнених шовкопрядів. Для цієї мети в шовку є кілька сильних сторін:

• він гнучкий,
• він неймовірно міцний,
• він ефективно слугує засобом доставки ліків,
• він дає матеріал, який є м’яким і водночас довговічним — а отже, ближчим до справжньої тканини кісткового мозку.

Результат? У такому середовищі клітини почуваються як удома. Балдуїні пояснює: «Оскільки ми імітуємо кістковий мозок, клітини перебувають у стані, близькому до фізіологічного, тож у них менше ушкоджень ДНК, менше стресу, менше запалення. Таким чином можна вивчати вплив ліків у реальній системі».

⇑Від кафедри до стартапу

Одним із головних результатів проєкту є стартап Silk4B. Компанія комерціалізує вдосконалені 3D-моделі кісткового мозку, створені командою, і пов’язану продукцію на основі шовку. Їх купують дослідники, фармацевтичні компанії та науковці по всьому світу.

«Ми даємо дослідникам змогу використовувати в експериментах моделі кісткового мозку, яким вони справді можуть довіряти», — зазначає координаторка.

⇑Чорнило, що змінює колір

Команда не збирається зупинятися на цьому. Чорнило набуло здатності змінювати колір, що полегшує зчитування будь-яких змін у системі. Водночас триває робота над шовковою платформою кісткового мозку, яка дозволила б масово виробляти тромбоцити для переливання.

Дослідники вивчають і інші застосування своїх моделей, наприклад вирощування клітин пацієнтів і спостереження за тим, як вони реагують на ліки. Вони сподіваються, що систему зрештою використовуватимуть у клінічних умовах, хоча до цього ще кілька років.

⇑Що з цього має студент?

Ця історія добре показує, як близько одна до одної сьогодні лежать різні галузі. Тут є клітинна біологія, робота з матеріалами, 3D-друк, дослідження ліків і, зрештою, бізнес. Ідея з університетської кафедри перетворилася на компанію, чия продукція потрапляє до лабораторій по всьому світу.

Якщо ти вивчаєш біотехнології, медицину, фармацію чи біомедичну інженерію, варто запам’ятати одне: добра дослідницька модель може бути такою ж важливою, як і сам препарат. Без неї важко чесно перевірити, чи працює терапія.

⇑Підсумок

Проєкт SILKink в Університеті Павії створив шовкове біочорнило, яким друкують тривимірні моделі кісткового мозку. Вони м’які й міцні, тому краще імітують справжню тканину та менше стресують клітини. Їх використовують для вивчення захворювань кісток, випробування ліків і виробництва тромбоцитів, а продає їх стартап Silk4B. Проте клінічне застосування ще за кілька років.

⇑П’ять запитань: чи має для тебе шовковий кістковий мозок якісь таємниці? (тест)