Teadus ei ole kunagi varem nii julgesti lähenenud piirile, mis eraldab laboratooriumi päris inimese bioloogiast. Aastakümneid seisti silmitsi ilmse probleemiga – elusa, kolmemõõtmelise ajukoe uurimine on äärmiselt keeruline, sest seda vajab ka selle omanik. Nüüdne läbimurre avab aga täiesti uue perspektiivi: teadlased suudavad kasvatada realistlikke ajukoe mudeleid, mis võivad asendada nii loomkatseid kui ka osa traditsioonilisi inimese kudede uuringuid. California Riverside’i ülikooli teadlaste värske uurimus võib põhjalikult muuta neuroteadust ning aidata luua isikupärastatud ravistrateegiaid.
Uue põlvkonna platvorm: kuidas sündis BIPORES
Teadurite loodud mikroskoopiline platvorm BIPORES (Bijel-Integrated PORous Engineered System) on kõigest umbes 2 millimeetrit läbimõõdus, kuid selle potentsiaal on tohutu. See struktuur on loodud nii, et sellele saaks kinnituda doonori närvi tüvirakud, mis seejärel loomulikul teel arenevad täielikult väljakujunenud neuroniteks. BIPORES-e aluseks on laialt kasutatav polümeer polüetüleenglükool (PEG). Tavaliselt vajavad sellised materjalid täiendavaid katteid, mis sageli segavad täpset analüüsi, kuid sel juhul muutsid teadlased PEG-i selliseks, et see oleks iseenesest „kleepuv“ ajurakkudele.
Polümeerile lisatud ränidioksiidi nanoosakesed ning teadlikult häiritud struktuur lõid mikroskoopiliste pooride võrgustiku, mis sarnaneb loomulikule ajukoe keskkonnale. Iga poor toimib justkui miniatuurse „taskuna“, kuhu rakud saavad kinnituda, saavad piisavalt hapnikku ja toitaineid ning kasvavad viisil, mis on väga lähedane sellele, kuidas nad kasvaksid inimese organismis.
UCR bioinsener Iman Noshadi sõnul loob selline disain võimaluse, et rakud mitte ainult ei kasva, vaid ka suhtlevad üksteisega sarnaselt loomulikule ajukoele. See võimaldab teadlastel modelleerida keerukaid neuronvõrgustikke märksa täpsemalt kui kunagi varem.
Miks see avastus nii oluline on?
Senini loodud ajukoe organoidid ja mudelid on laborites sageli olnud ebastabiilsed, lagunenud kiiresti või pole omanud inimese ajule iseloomulikke struktuurseid jooni. BIPORES muudab seda olukorda: stabiilne, pikaealine ja loomset päritolu kemikaalidest vaba alus võimaldab kasvatada mitte ainult elujõulisemaid, vaid ka küpsemaid ajukoe struktuure.
Teadur Prince David Okoro rõhutab, et just need omadused võimaldavad läbi viia pikaajalisi uuringuid, mis on eriti olulised neurodegeneratiivsete haiguste, ajutrauma või insuldi tagajärgede uurimisel. Ainult küpsed neuronvõrgustikud omavad funktsioone, mis sarnanevad tõelisele ajukoele, mis tähendab, et saadud tulemused on kliinilises praktikas palju paremini rakendatavad.
Veel üks selle meetodi eriline eelis on võimalus kasutada inimese vere- või naharakke, millest saab kasvatada individuaalseid närvi tüvirakke. Nii on võimalik luua „test-neuroneid“, mis on geneetiliselt ja funktsionaalselt konkreetse patsiendiga kooskõlas. Selline personaliseerimine on üks 21. sajandi meditsiini suuremaid eesmärke.
Uus tee eetilisemate ja täpsemate teadusuuringuteni
Loomkatsed on olnud neuroteaduste lahutamatu osa juba aastakümneid. Need on aga tekitanud nii eetilisi kui ka teaduslikke küsimusi – loomade peal saadud tulemused ei peegelda alati täpselt inimese füsioloogiat. Realistlikumad inimese ajumudelid võivad oluliselt vähendada vajadust katsete järele loomadega.
BIPORES avab ukse uutele, täpsematele ja eetiliselt puhtamatele uurimismeetoditele. Luues koemudeleid, mis käituvad nagu päris inimese rakud, saavad teadlased põhjalikumalt ja usaldusväärsemalt analüüsida haiguste mehhanisme, ravimite toimet ning kudede kahjustuste paranemisprotsesse.
Suuremad ambitsioonid: üksikust ajust organite võrgustikeni
Praegune mudel on küll vaid mõne millimeetri suurune, kuid teadlaste visioon ulatub sellest palju kaugemale. Nad usuvad, et sama tehnoloogiat saaks rakendada ka teiste organite mudelite loomiseks – näiteks maksa või neerude uurimiseks. Veelgi enam, tulevikus võiks need mudelid ühendada omavahel suhtlevaks organite süsteemiks, mis võimaldaks uurida, kuidas ühe organi haigus mõjutab teisi.
See oleks samm täiesti uue arusaama suunas inimese bioloogiast ja elundite omavahelisest koostoimest. Praegu keskenduvad teadlased peamiselt platvormi suurendamisele ja selle toimimise detailsemale uurimisele, kuid nende optimism näitab selgelt, et tegemist ei ole pelgalt ajutise sensatsiooniga, vaid pikaajalise suunamuutusega, mis võib muuta neuroteaduse, meditsiini ja bioloogia tulevikku.
Uuring avaldati ajakirjas Advanced Functional Materials, selle rahastamist toetasid mitmed Ameerika Ühendriikide ja Euroopa teadusasutused.
Fotod on illustratiivsed © Canva.
