นักวิทยาศาสตร์สร้างเนื้อเยื่อปอดที่มีชีวิตจากการพิมพ์ 3 มิติ

นักวิจัยที่ UBC Okanagan ได้พัฒนาแบบจำลองชีวภาพพิมพ์สามมิติที่เลียนแบบความซับซ้อนของเนื้อเยื่อปอดตามธรรมชาติได้อย่างใกล้ชิด ซึ่งถือเป็นนวัตกรรมที่อาจเปลี่ยนแปลงวิธีที่นักวิทยาศาสตร์ศึกษาโรคปอดและพัฒนาวิธีการรักษาใหม่ๆ

รองศาสตราจารย์ ดร. เอ็มมานูเอล โอเซอิ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเออร์วิง เค. บาร์เบอร์ กล่าวว่าแบบจำลองนี้ผลิตเนื้อเยื่อที่มีลักษณะใกล้เคียงกับความซับซ้อนของปอดของมนุษย์ ซึ่งอาจช่วยปรับปรุงการทดสอบโรคทางเดินหายใจและการพัฒนายาได้

“เพื่อที่จะทำการวิจัยและทดสอบที่จำเป็น ซึ่งเราจะศึกษาเกี่ยวกับกลไกของโรคปอดที่ซับซ้อนเพื่อค้นหาเป้าหมายยาใหม่ในที่สุด เราจำเป็นต้องสามารถสร้างแบบจำลองที่เปรียบเทียบได้กับเนื้อเยื่อของมนุษย์” เขากล่าว

ทีมนักวิจัยใช้ไบโออิงค์ที่ทำจากเจลาตินที่ปรับเปลี่ยนด้วยโพลีเมอร์ที่ไวต่อแสงและโพลีเมอร์ที่เรียกว่าโพลีเอทิลีนไกลคอลไดอะคริเลตเพื่อพิมพ์ไฮโดรเจลแบบ 3 มิติที่ประกอบด้วยเซลล์หลายประเภทและหลายช่องทางเพื่อสร้างโครงสร้างหลอดเลือดของทางเดินหายใจของมนุษย์ขึ้นมาใหม่

เมื่อพิมพ์แล้ว ไฮโดรเจลจะทำงานคล้ายกับโครงสร้างทางกลที่ซับซ้อนของเนื้อเยื่อปอด ซึ่งช่วยปรับปรุงวิธีที่เราศึกษาว่าเซลล์ตอบสนองต่อสิ่งกระตุ้นอย่างไร

“เป้าหมายของเราคือการสร้างแบบจำลองทางเดินหายใจของมนุษย์ในหลอดทดลองที่มีความเกี่ยวข้องทางสรีรวิทยามากขึ้น” ดร. โอเซย์ ซึ่งทำงานร่วมกับศูนย์นวัตกรรมหัวใจและปอดของมหาวิทยาลัยบริติชโคลัมเบีย กล่าว “การรวมส่วนประกอบของหลอดเลือดเข้าด้วยกันช่วยให้เราสามารถจำลองสภาพแวดล้อมของปอดได้ดีขึ้น ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการศึกษาโรคและการทดสอบยา”

ดร. โอเซอิ อธิบายว่าเมื่อคนไข้ได้รับการวินิจฉัยว่าเป็นมะเร็งปอด ศัลยแพทย์จะสามารถทำการผ่าตัดเอาส่วนที่ได้รับผลกระทบออกพร้อมกับเนื้อเยื่อปอดปกติบางส่วนและบริจาคตัวอย่างเหล่านี้ให้กับนักวิจัยได้ โดยต้องได้รับความยินยอมจากคนไข้

“อย่างไรก็ตาม นักวิจัยไม่สามารถควบคุมปริมาณเนื้อเยื่อที่ได้รับได้” เขาอธิบาย “บางครั้งอาจเป็นเพียงเนื้อเยื่อชิ้นเล็กๆ ที่ถูกนำเข้ามาในห้องทดลองและผ่านกระบวนการบำบัดด้วยสารเคมีต่างๆ เพื่อการทดสอบ ปัจจุบัน ด้วยการพิมพ์ชีวภาพแบบ 3 มิติ เราสามารถแยกเซลล์ออกจากเนื้อเยื่อของผู้บริจาคเหล่านี้ และอาจสร้างเนื้อเยื่อและตัวอย่างทดสอบเพิ่มเติมขึ้นมาใหม่เพื่อทำการวิจัยในห้องทดลองของเรา โดยไม่ต้องพึ่งพาตัวอย่างจากผู้บริจาครายใหม่”

ปัจจุบันโรคปอดหลายชนิดยังไม่สามารถรักษาให้หายขาดได้ รวมถึงโรคปอดอุดกั้นเรื้อรัง (COPD) โรคหอบหืด โรคพังผืดในปอดที่ไม่ทราบสาเหตุ และโรคมะเร็ง ดร. โอเซย์กล่าว ความสามารถในการสร้างแบบจำลองสำหรับการทดสอบถือเป็นก้าวสำคัญในการวิจัยโรคทางเดินหายใจและการพัฒนายา

การศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสารBiotechnology and Bioengineeringร่วมกับ Mitacs และได้รับการสนับสนุนจาก Providence Health Care ถือเป็นก้าวหนึ่งในการทำความเข้าใจเกี่ยวกับโรคปอด เช่น การเกิดแผลเป็นและการอักเสบ และอาจนำไปสู่การรักษาโรคต่างๆ ในอนาคตได้

เอกสารนี้ได้บรรยายถึงการทดสอบต่างๆ รวมถึงการนำแบบจำลอง 3 มิติที่พิมพ์ทางชีวภาพไปสัมผัสกับสารสกัดจากควันบุหรี่ ซึ่งทำให้ผู้วิจัยสามารถสังเกตการเพิ่มขึ้นของไซโตไคน์ที่ก่อให้เกิดการอักเสบ ซึ่งเป็นเครื่องหมายของการตอบสนองต่อการอักเสบของเนื้อเยื่อปอดต่อนิโคติน

“ความจริงที่ว่าเราสามารถสร้างแบบจำลองนี้ขึ้นมาได้ และใช้ตัวกระตุ้นเฉพาะ เช่น ควันบุหรี่ เพื่อแสดงให้เห็นว่าแบบจำลองตอบสนองและเลียนแบบลักษณะต่างๆ ของโรคปอดอย่างไร ถือเป็นก้าวสำคัญในการทำความเข้าใจกลไกที่ซับซ้อนของโรคปอด และจะช่วยให้เราเข้าใจวิธีการรักษาโรคเหล่านี้” ดร. โอเซอิ กล่าว

“โมเดลของเรามีความซับซ้อน แต่เนื่องจากความสามารถในการสร้างซ้ำได้และลักษณะที่เหมาะสมที่สุดของการพิมพ์ชีวภาพ จึงสามารถปรับให้เข้ากับการเพิ่มประเภทเซลล์เพิ่มเติมหรือเซลล์ที่ได้มาจากผู้ป่วยเฉพาะราย ทำให้กลายเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพสำหรับการแพทย์เฉพาะบุคคลและการสร้างแบบจำลองโรค”

ดร. โอเซอิตั้งข้อสังเกตว่าการทำงานต่อเนื่องนี้ทำให้ทีมวิจัยของเขาอยู่ในตำแหน่งที่เป็นเอกลักษณ์ในการร่วมมือกับเพื่อนร่วมงานจากองค์กรต่างๆ เช่น UBC's Immunobiology Eminence Research Excellence Cluster บริษัทด้านเทคโนโลยีชีวภาพ และผู้ที่สนใจในการพัฒนาโมเดลชีวประดิษฐ์