Nagy koponyák apró modellekkel
Minden mikroszerv alapja egy élő – egyelőre állati – sejtek alkotta „mag”, amelyet tápanyagokban gazdag folyadék tart életben két műanyag lap között. Így sikerült például tisztázni, hogy az immunrendszer védősejtjei nem órák vagy napok elteltével jutnak egy sérülés helyszínére, mint azt korábban gondolták, hanem sokkal gyorsabban, percek alatt. A módszer fejlesztői új rálátást remélnek az élettani folyamatokra. A „légző” minitüdőt 2010-ben elkészítő Donald Ingber (Wyss Intézet, Harvard Egyetem) például megállapította, hogy már maga a légzőmozgás módja beindíthatja vagy erősítheti a potenciálisan káros légszennyező részecskék hatására kialakuló gyulladásos reakciót. A szövettenyésztés hagyományos, mozdulatlan sejtekkel dolgozó módszerével sosem juthattunk volna e sok élettani megállapítás birtokába.
A csipre épített miniszervek Ingber szerint felhasználhatók az emberi szervek gyógyszerreakciójának modellezésére is, ami kiválthatja az állatokon való kísérletezést. „Az állatkísérletek drágák és időigényesek, ráadásul az állatok gyakran teljesen másképp reagálnak, mint az ember” – magyarázta a tudós a biomérnökök júniusi, bostoni nemzetközi konferenciáján. Akadt ellenvélemény is: az agy modelljét elkészítő Justin Williams (University of Wisconsin) szerint „olyan sok folyamatot tanulmányozhatunk egy élő állat érintetlen agyában, amivel még a legaprólékosabban elkészített miniszerv sem képes felvenni a versenyt – gondoljunk csak a viselkedésre”. Ingber szerint viszont a csipek olyan kérdéseket is tisztázhatnak, amilyeneket az állatkísérletek nem. Az orvos például elküldheti a rákos betegétől vett sejteket a laboratóriumba, amelyeket, ha egy csipbe építenek, még a gyógyszerrendelés előtt tisztázhatják, hogy az egyre több hatóanyag közül melyik válhat be leginkább az ő esetében. Gyors válasz kapható olyankor, amikor a rák burjánzása miatt az idő erősen sürget. A személyes csipek a ma éveken át húzódó klinikai gyógyszervizsgálatokat is felgyorsíthatják azzal, hogy egymás mellett vizsgálhatják olyan népcsoportok mintáit, akik – eltérő génállományuk miatt – ismerten másképp reagálnak egy-egy hatóanyagra.
A bostoni konferencián a biomérnökök már az egyes mikorszervek összekötésének sikereiről számoltak be. „Megpróbáljuk a szervek közötti kölcsönhatásokat is modellezni” – magyarázta Ingber. A szív-tüdő csip például alkalmas az aeroszolként alkalmazott gyógyszerek, de akár a levegőt szennyező nanopartikulumok szívhatásainak vizsgálatára is.
A dobogó miniszívet elkészítő Kevin Kit Parker (Wyss Intézet, Harvard Egyetem) szerint a következő lépés az agy hozzáadása a tüdő-szív csiphez. Elsőként az agy, tudattól független funkciókat – például a légzést – irányító nyúltvelői részét tervezik bekapcsolni a szervrendszerbe. Agyunknak ez a része folyamatosan és automatikusan küldi az idegi jeleket a tüdőnek a légzés szabályozottsága érdekében. Parker szerint nem lesz nehéz e harmadik szervet a csipre ültetni, és onnantól a tüdő és a szív szabályozottan mozog majd.
Akárhány szervet kötnek össze egy csipen, az sosem fogja tökéletesen modellezni a szervezet működését, Parker szerint a csipek mégis rendkívüli eredményeket hozhatnak, legalábbis az alaptudományok és a gyógyszerfejlesztés szempontjából. Lerövidíthetik az utat, amely egyre több betegség esetében a személyre szabott gyógyszerekkel végzett kezeléshez vezet.
Ingber a New Scientist tudományos magazinban azt nyilatkozta, hogy a tüdőhöz képest sokkal nehezebb lesz majd elkészíteni azon szervek modelljeit, amelyeknek összetettebb szerepük van a gyógyszerek szervezeten belüli átalakításában, lebontásában és eltávolításában. Ilyen például a vese, a bél vagy a máj. E szervek mindegyikével folynak már a csipesítési kísérletek, de a máj működése annyira összetett, és szerepe olyan sok életfolyamatban kiemelkedő, hogy a tudósok számos más módon is folyamatosan kutatják a modellezhetőségét.
Az Egyesült Államok Környezetvédelmi Hivatala, az EPA július elején hárommillió dollárt osztott szét négy együttműködő tudóscsoport között virtuális májmodelljeik tökéletesítésére – adta hírül a newsobserver. com. Ezen munkacsoportok módszere a számítógépes szimuláció. A környezetvédelmi hatóságot a toxikus kemikáliákat elsőként kiszűrő szervünkként érdekli a máj. Védő funkciójának elemzése kulcskérdés a kémiai-biztonságossági eljárásokat tesztelő vizsgálatokban, amelyeket hagyományosan állatokon végeznek. Ami azonban egy állat esetében biztonságos, nem feltétlenül ártalmatlan az embernél. „Az olyan mérgező gázok esetében, mint például a freon, a máj úgy dolgozik,mint a testőr, aki a golyó elé ugrik, ha ránk lőnek” – magyarázta dr. John Wambaugh, az EPA vezető kutatója.
Amennyiben sikerül tökéletesíteni a számítógépes májmodellt, nemcsak az állatkísérletek válthatók majd ki, hanem a vizsgálati idő is lerövidíthető. A számítógép teljesítményétől füg gően órák vagy percek alatt is modellezhetik a toxikus anyag hatásának akár éveken át kitett emberek szervi elváltozásait. Ebben a tekintetben a számítógépes modelltől mindenképp többet várhatunk, mint a csipre épített miniszervektől.
A virtuális máj után az EPA más szervek modellezésébe is befektetne. A szív- és érrendszer szimulációján már dolgoznak, a távoli terv pedig a virtuális embrió elkészítése, amely annak szemléltetését tenné lehetővé, milyen mértékben és módon okozhatnak károsodásokat a környezeti szennyezések – például a dohányfüst vagy a kipufogógázok – a terhesség alatt.
