Naukowcy z University of Washington School of Medicine w Seattle opracowali zautomatyzowany system w celu bardziej wydajnego wytwarzania ludzkich mini-narządów pochodzących z komórek macierzystych. Znacznie przyczyni się to do rozpowszechnienia tej technologii w różnego rodzaju badaniach i odkrywaniu nowych leków.
„To jest nowa „tajna broń” w naszej walce z chorobami” – wypowiedział się Freedman, naukowiec z Instytutu Medycyny Rodzinnej i Medycyny Regeneracyjnej UW, a także z Instytutu Badań nad Nowotworami.
Tradycyjnym sposobem hodowli komórek do badań biomedycznych, jest ich kształtowanie jako płaskich, dwuwymiarowych arkuszy, które są dość uproszczonym modelem. W ostatnich latach naukowcy jednak coraz częściej hodują komórki macierzyste w bardziej złożone, trójwymiarowe struktury zwane mini-organami lub organoidami, które wykorzystuje się do przeprowadzania badań. Są to szczątkowe narządy, które pod wieloma względami przypominają te prawdziwe.
W badaniu naukowcy wykorzystali zrobotyzowany system do automatycznego hodowania organoidów nerek z komórek macierzystych. Podobne metody były już opracowane w przypadku dorosłych komórek macierzystych, ale ta jest pierwsza dotycząca automatyzowanego wytwarzania organoidów z pluripotencjalnych komórek macierzystych – to wszechstronny typ komórek, który może stać się dowolnym rodzajem.
W procesie tym manewrujące w płynach roboty wprowadzają komórki macierzyste do 384 miniaturowych dołków, w którym każdy zawiera dziesięć albo więcej organoidów. Każda płytka zawiera tysiące organoidów nerek, które następnie dojrzewają w przeciągu 21 dni. Przeprowadzenie tego procesu w sposób „ręczny” wymagałoby całego dnia, podczas gdy robotowi zajmuje to zaledwie 20 minut.
„Ponadto robot nie ulega zmęczeniu i nie popełnia błędów” – powiedział Freedman. „Nie ma wątpliwości, że powtarzające się, nużące zadania, roboty, wykonują dużo lepiej od ludzi”.
Badacze w dalszym ciągu dopracowują roboty, aby przetwarzały i analizowały wytwarzane przez nie organoidy. Naukowcy odkryli również sposób na zwiększenie liczby komórek naczyń krwionośnych w ich organoidach, aby jeszcze bardziej przypominały prawdziwe nerki.
Ich nowa technika została już wykorzystana do poszukiwania leków. W jednym z eksperymentów wytworzyli organoidy z mutacjami, które powodują zespół policystycznych chorób nerek. Powszechny oraz dziedziczny stan, który dotyka jedną na 600 osób na całym świecie i często prowadzi do niewydolności nerek. W chorobie tej małe rurki w nerkach i innych narządach puchną jak baloniki i tworzą rozszerzające się torbiele, które wypierają zdrową tkankę. Naukowcy odkryli, że jeden z czynników zwany blebbistatyną, który blokuje białko zwane miozyną, doprowadza do znacznego wzrostu liczby i wielkości torbieli.
Czy nadchodzi era biologicznych robotów ?
„Było to nieoczekiwane, ponieważ miozyna nie była zaangażowana wcześniej w zespół policystycznych chorób nerek” – powiedział Freedman. Miozyna, która jest lepiej znana ze swojej roli w skurczu mięśni, może umożliwić rozszerzanie się i kurczenie się kanalików nerkowych. Jeśli nie działa prawidłowo, może prowadzić do torbieli, wyjaśnił Freedman.
Serca z komórek macierzystych biją jak prawdziwe
„Te odkrycia dają nam lepsze pojęcie o charakterze tych organoidów i stanowią punkt odniesienia, z którego możemy wprowadzać ulepszenia” – powiedział Freedman. „Wartość tej wysokoprzepustowej platformy polega na tym, że możemy teraz zmienić naszą procedurę w dowolnym momencie, na wiele różnych sposobów i szybko zobaczyć, która z tych zmian daje lepszy wynik.”
Algorytmy robotyki wykorzystane zostały w odkrywaniu nowych leków