Οι πνευμονικές παθήσεις, όπως η φυματίωση και η κυστική ίνωση, αποτελούν σημαντική πρόκληση για την ιατρική. Μια βασική δυσκολία είναι ότι τα διεθνή εργαστηριακά μοντέλα που χρησιμοποιούν οι επιστήμονες δεν απεικονίζουν με ακρίβεια τη μορφολογία των ανθρώπινων πνευμόνων. Παράλληλα, τα ζωικά μοντέλα δεν συμπεριφέρονται όπως οι άνθρωποι όταν αντιμετωπίζουν ασθένειες, περιορίζοντας την αξιοπιστία των ερευνών. Πού κολλάνε λοιπόν οι 3D εκτυπωμένοι πνεύμονες;
Στην προσπάθεια να αλλάξει αυτό, ερευνητές από το University of Saskatchewan (USask), συγκεκριμένα από το Vaccine and Infectious Disease Organization (VIDO) και το College of Engineering, εργάζονται στην ανάπτυξη ενός 3D μοντέλου πνεύμονα που θα μπορούσε να μεταμορφώσει την πρόληψη και τη θεραπεία πνευμονικών ασθενειών.
Γιατί χρειαζόμαστε 3D πνεύμονες
Η Dr. Nuraina Dahlan, μέλος της ομάδας VIDO, εξηγεί: «Καταλάβαμε ότι μας λείπει ένα ρεαλιστικό μοντέλο για τις πνευμονικές ασθένειες… και αυτό σημαίνει ότι δεν μπορούμε να σχεδιάσουμε καλύτερες στρατηγικές για θεραπείες των πνευμόνων».
Στα πλαίσια της έρευνας, οι επιστήμονες στοχεύουν στη δημιουργία ενός τρισδιάστατου περιβάλλοντος που θα παρέχει πιο ακριβή εικόνα για τη δράση νέων φαρμάκων και παθογόνων στο εργαστήριο. Η χρήση ενός τέτοιου μοντέλου αναμένεται να βελτιώσει σημαντικά την κατανόηση των πνευμονικών νόσων και να ανοίξει το δρόμο για προσωποποιημένες θεραπείες.
Η τεχνολογία πίσω από το 3D μοντέλο
Οι πνεύμονες περιέχουν ένα σκελετό ιστών, γνωστό ως εξωκυτταρικό matrix, μέσα στον οποίο ζουν τα πνευμονικά κύτταρα. Η ομάδα της Dr. Dahlan χρησιμοποίησε τον Canadian Light Source στο USask για να εξετάσει τα 3D εκτυπωμένα μοντέλα χωρίς να καταστραφούν τα δείγματα, παρατηρώντας τη μορφή και τη λειτουργία των ιστών.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το 3D μοντέλο, εκτυπωμένο με ειδικά “bioinks” που περιέχουν ζωντανά κύτταρα, δημιουργεί ένα περιβάλλον στο οποίο τα ανθρώπινα πνευμονικά κύτταρα μπορούν να επιβιώσουν και να αναπτυχθούν. Αυτό σημαίνει ότι το μοντέλο θα μπορούσε να αποτελέσει κατάλληλο περιβάλλον για ανάπτυξη νέων κυττάρων, ακόμη και για μελλοντικές εφαρμογές στη θεραπεία.
Στο πλαίσιο αυτού του διαπανεπιστημιακού έργου, οι ερευνητές του VIDO καλλιέργησαν τα κύτταρα που ενσωματώθηκαν στα μοντέλα, ενώ οι μηχανικοί του College of Engineering ανέλαβαν την 3D εκτύπωση των πνευμονικών δομών. Το επόμενο βήμα θα είναι η εκτύπωση ενός νέου πνεύμονα και η αξιολόγηση της απόκρισής του σε λοιμώδη νοσήματα.
Η σημασία της ακριβούς μίμησης
Η Dr. Dahlan τονίζει ότι ένα μοντέλο που μιμείται τέλεια τους ανθρώπινους πνεύμονες θα μπορούσε να είναι επαναστατικό για τη θεραπεία πνευμονικών παθήσεων. Με αυτό, οι επιστήμονες θα μπορούν να:
-
Κατανοούν καλύτερα τη δράση των πνευμονικών ασθενειών,
-
Αναπτύσσουν προσωποποιημένες θεραπείες,
-
Και μακροπρόθεσμα, να καλλιεργούν πλήρεις πνεύμονες στο εργαστήριο για μεταμόσχευση.
Όπως εξηγεί η ίδια: «Έχοντας ένα πιο ακριβές μοντέλο πνεύμονα, μπορούμε να σχεδιάσουμε εξατομικευμένες στρατηγικές θεραπείας: να δοκιμάσουμε αν ένα συγκεκριμένο φάρμακο είναι κατάλληλο για έναν συγκεκριμένο ασθενή. Τελικά, αυτό το μοντέλο μας δίνει καλύτερες επιλογές για πρόληψη και θεραπεία των πνευμονικών ασθενειών».
Πλεονεκτήματα σε έρευνα και κλινική εφαρμογή
Η χρήση 3D εκτυπωμένων πνευμόνων προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα παραδοσιακά μοντέλα:
-
Ρεαλιστικό περιβάλλον για κύτταρα ανθρώπινων πνευμόνων,
-
Αξιολόγηση φαρμάκων και θεραπειών σε ακριβή δοκιμαστικά μοντέλα,
-
Μείωση της εξάρτησης από ζωικά μοντέλα, που συχνά δεν ανταποκρίνονται στις ανθρώπινες ασθένειες,
-
Δυνατότητα ανάπτυξης νέων κυττάρων και ιστών για μελλοντικές θεραπείες.
Η εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας ανοίγει τον δρόμο για μελέτες εξειδικευμένων φαρμάκων, αλλά και για μελλοντική αναγέννηση πνευμονικών ιστών ή ολόκληρων πνευμόνων.
Το μέλλον της πνευμονικής ιατρικής
Το έργο των ερευνητών του USask δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Biomaterials Advances και δείχνει πώς οι 3D εκτυπωμένοι πνεύμονες μπορούν να αλλάξουν τα δεδομένα στην πρόληψη και θεραπεία πνευμονικών παθήσεων. Με ένα πιο ρεαλιστικό και ζωντανό μοντέλο πνεύμονα, οι γιατροί και οι επιστήμονες θα έχουν πλέον τη δυνατότητα να:
-
Κατανοούν καλύτερα τις πνευμονικές νόσους,
-
Δοκιμάζουν νέες θεραπείες με μεγαλύτερη ακρίβεια,
-
Και μακροπρόθεσμα, να αναπτύσσουν πνεύμονες για μεταμόσχευση.
Η 3D εκτύπωση πνευμόνων δεν είναι απλώς μια τεχνολογική καινοτομία – αποτελεί ένα βήμα προς το μέλλον της εξατομικευμένης ιατρικής και της βελτιστοποίησης της υγείας των πνευμόνων.
Βρείτε μας στο Google News. Πατήστε εδώ!