مینی ریه‌های انسان که توسط دانشمندان دانشگاه منچستر رشد کرده‌اند، می‌توانند واکنش حیوانات را هنگام قرار گرفتن در معرض نانومواد خاص تقلید کنند.

این مطالعه در آزمایشگاه زیست‌شناسی نانوسل دانشگاه در مرکز نانوتکنولوژی پزشکی در مجله تاثیرگذار منتشر شده است. نانو امروز.

این تیم به سرپرستی دکتر ساندرا ورانیک، زیست‌شناس سلولی و نانوتوکسیکولوژیست، استدلال می‌کند که اگرچه انتظار نمی‌رود که به طور کامل جایگزین مدل‌های حیوانی شود، ارگانوئیدهای انسانی می‌توانند به زودی به کاهش قابل توجهی در تعداد حیوانات تحقیقاتی منجر شوند.

ارگانوئیدهای ریه که در ظرفی از سلول های بنیادی انسان رشد می کنند، ساختارهای چند سلولی و سه بعدی هستند که هدف آنها بازآفرینی ویژگی های کلیدی بافت های انسانی مانند پیچیدگی سلولی و معماری است.

آنها به طور فزاینده ای برای درک بهتر بیماری های مختلف ریوی، از فیبروز کیستیک گرفته تا سرطان ریه، و بیماری های عفونی از جمله SARS-CoV-2 مورد استفاده قرار می گیرند.

با این حال، توانایی آنها برای گرفتن پاسخ بافت به قرار گرفتن در معرض نانومواد تاکنون نشان داده نشده است.

دکتر رهاف عیسی، دانشمند ارشد گروه دکتر ورانیک، برای قرار دادن مدل ارگانوئید در معرض نانومواد مبتنی بر کربن، روشی را برای دوز دقیق و ریز تزریق نانومواد به لومن ارگانوئید ابداع کرد.

این قرار گرفتن در معرض واقعی اپیتلیوم ریوی آپیکال، بیرونی ترین لایه سلول های پوشاننده مجاری تنفسی در ریه ها را شبیه سازی کرد.

داده های تحقیقات حیوانی موجود نشان داده است که نوعی از نانولوله های کربنی چند جداره بلند و سفت و سخت (MWCNT) می تواند اثرات نامطلوبی در ریه ها ایجاد کند که منجر به التهاب و فیبروز مداوم – یک نوع جدی اسکار غیرقابل برگشت در ریه – شود.

با استفاده از همان نقاط پایانی بیولوژیکی، ارگانوئیدهای ریه انسان این تیم پاسخ بیولوژیکی مشابهی را نشان دادند که آنها را به عنوان ابزاری برای پیش‌بینی پاسخ‌های ناشی از نانومواد در بافت ریه تأیید می‌کند.

ارگانوئیدهای انسانی درک بهتری از فعل و انفعالات نانومواد با بافت مدل را ممکن کردند، اما در سطح سلولی.

اکسید گرافن (GO)، شکل مسطح، نازک و انعطاف‌پذیر از نانومواد کربنی، به‌طور لحظه‌ای در ماده‌ای که توسط سیستم تنفسی به نام موسین ترشحی تولید می‌شود، به دام می‌افتد.

در مقابل، MWCNT برهمکنش پایدارتری با سلول‌های آلوئولی ایجاد کرد، با ترشح موسین محدودتر و منجر به رشد بافت فیبری شد.

در یک پیشرفت بیشتر، دکتر عیسی و ورانیک مستقر در مرکز نانوتکنولوژی پزشکی دانشگاه اکنون در حال توسعه و مطالعه یک ارگانوئید ریه انسانی هستند که شامل یک جزء سلولی ایمنی یکپارچه نیز می شود.

دکتر ورانیک گفت: “با تایید بیشتر، قرار گرفتن در معرض طولانی مدت و ترکیب یک جزء ایمنی، ارگانوئیدهای ریه انسان می توانند نیاز به حیوانات مورد استفاده در تحقیقات نانوسم شناسی را تا حد زیادی کاهش دهند.

3R جایگزینی، کاهش و اصلاح که برای تشویق تحقیقات انسانی بر روی حیوانات توسعه یافته است، اکنون در قوانین بریتانیا و بسیاری از کشورهای دیگر گنجانده شده است.

“نگرش های عمومی به طور مداوم نشان می دهد که حمایت از تحقیقات حیوانی مشروط به اجرای 3R است.”

«آزمایش دوبعدی» کنونی نانومواد با استفاده از مدل‌های کشت سلولی دوبعدی، درک درستی از اثرات سلولی ارائه می‌کند، اما این آزمایش‌ها به قدری ساده هستند که تنها می‌توانند تا حدی روش پیچیده ارتباط سلول‌ها با یکدیگر را به تصویر بکشند. مطمئناً پیچیدگی اپیتلیوم ریوی انسان را نشان نمی دهد و ممکن است پتانسیل سمی نانومواد را برای بهتر یا بدتر نشان دهد.

اگرچه در آینده‌ای قابل پیش‌بینی همچنان به حیوانات در تحقیقات مورد نیاز خواهند بود، اما ارگانوئیدهای سه بعدی یک چشم‌انداز هیجان‌انگیز در زمینه تحقیقاتی ما و به طور کلی در تحقیقات به عنوان یک معادل انسانی و جایگزین حیوانی هستند.

پروفسور Kostas Kostarelos، رئیس نانوپزشکی، دانشگاه منچستر