Ένα έργο «εκτός αυτού του κόσμου» έχει τη δυνατότητα να μεταμορφώσει το μέλλον της μηχανικής ιστών και της μεταμόσχευσης ήπατος μέσω καινοτόμου έρευνας που διεξάγεται στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS). Με επικεφαλής τον Tammy T. Chang, MD, καθηγητή χειρουργικής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Σαν Φρανσίσκο, το Εργαστήριο Chang για Μηχανική Ιστών Ήπατος πρωτοπορεί στην αυτοσυναρμολόγηση ανθρώπινων ηπατικών ιστών σε χαμηλή τροχιά της Γης (LEO)—η περιοχή του διαστήματος κάτω από υψόμετρο 1.200 μιλίων.
Αυτή η διαδικασία θα μπορούσε να ενισχύσει σημαντικά την ανάπτυξη πολύπλοκων ιστών για ιατρική χρήση στη Γη. Στρατηγικές για τη μεταφορά αυτών των ιστών πίσω στη Γη και σχετικά πειραματικά αποτελέσματα παρουσιάστηκαν στο Κλινικό Συνέδριο του Αμερικανικού Κολλεγίου Χειρουργών (ACS) 2024 στο Σαν Φρανσίσκο. Αυτή η μέθοδος αξιοποιεί το μοναδικό περιβάλλον της μικροβαρύτητας για να αντιμετωπίσει τους περιορισμούς των τρεχουσών τεχνικών μηχανικής ιστών στη Γη. Για παράδειγμα, η χρήση τεχνητών μητρών που παρέχουν ένα πλαίσιο πάνω στο οποίο αναπτύσσονται τα κύτταρα μπορεί να εισάγει εξωτερικά υλικά και να αλλάξει την κυτταρική λειτουργία.
«Τα ευρήματά μας δείχνουν ότι οι συνθήκες μικροβαρύτητας επιτρέπουν την ανάπτυξη ηπατικών ιστών με καλύτερη διαφοροποίηση και λειτουργικότητα από αυτούς που καλλιεργούνται στη Γη», είπε ο Δρ Τσανγκ. «Αυτό αντιπροσωπεύει ένα κρίσιμο βήμα προς τη δημιουργία βιώσιμων εμφυτευμάτων ηπατικού ιστού που θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως εναλλακτική ή συμπληρωματική στις παραδοσιακές μεταμοσχεύσεις ήπατος».
Καινοτόμος προσέγγιση στη μηχανική ιστών
Η έρευνα του εργαστηρίου Chang επικεντρώνεται στην αυτοσυναρμολόγηση επαγόμενων πολυδύναμων βλαστοκυττάρων (iPSC) στη μικροβαρύτητα. Αυτά τα αρχικά κύτταρα δημιουργούνται από φυσιολογικά ανθρώπινα κύτταρα επαναπρογραμματισμένα ώστε να λειτουργούν σαν εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα. Αυτό σημαίνει ότι τα iPSC μπορούν να μεταβληθούν σε πολλούς διαφορετικούς τύπους κυψελών. Αυτά τα βλαστοκύτταρα είναι ενσωματωμένα σε ιστούς ήπατος με μικροβαρύτητα που λειτουργούν σαν ένα μικρότερο, απλούστερο ήπαρ.
Σε αντίθεση με τις μεθόδους μηχανικής ιστών που συνδέονται με τη Γη που βασίζονται σε εξωγενείς μήτρες ή πλάκες καλλιέργειας, η μικροβαρύτητα επιτρέπει στα κύτταρα να επιπλέουν ελεύθερα και να οργανώνονται φυσικά, με αποτέλεσμα ιστούς με μεγαλύτερη φυσιολογική ακρίβεια. Κεντρικό στοιχείο αυτού του έργου είναι η ανάπτυξη ενός προσαρμοσμένου βιοαντιδραστήρα, που ονομάστηκε “Tissue Orb”, που έχει σχεδιαστεί για να διευκολύνει την αυτοσυναρμολόγηση των ιστών στο αβαρές περιβάλλον του διαστήματος.
Μελλοντικές επιπτώσεις και πρόοδοι κρυοσυντήρησης
Η ερευνητική ομάδα εργάζεται επίσης σε προηγμένες τεχνικές κρυοσυντήρησης για τη μεταφορά των μηχανικών ιστών από το διάστημα στη Γη με ασφάλεια. Η επόμενη φάση του έργου περιλαμβάνει τη δοκιμή ισοχορικής υπερψύξης, μια μέθοδο συντήρησης που διατηρεί τους ιστούς κάτω από το πάγωμα χωρίς να τους καταστρέφει. Αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να επεκτείνει τη διάρκεια ζωής των κατασκευασμένων ιστών και ενδεχομένως να εφαρμοστεί σε ολόκληρα όργανα όπως το συκώτι.
«Στόχος μας είναι να αναπτύξουμε ισχυρές τεχνικές συντήρησης που μας επιτρέπουν να φέρουμε λειτουργικούς ιστούς πίσω στη Γη, όπου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μια σειρά βιοϊατρικών εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένης της μοντελοποίησης ασθενειών, των δοκιμών φαρμάκων και τελικά, της θεραπευτικής εμφύτευσης», είπε ο Δρ Τσανγκ.
Το πείραμα διαστημικών πτήσεων του Εργαστηρίου Chang έχει προγραμματιστεί να εκτοξευτεί τον Φεβρουάριο του 2025. Οι συγγραφείς υποστηρίζουν ότι η έρευνα όχι μόνο δείχνει τις δυνατότητες της μικροβαρύτητας για την προώθηση της μηχανικής ιστών, αλλά επίσης θέτει τα θεμέλια για μελλοντικές καινοτομίες στη βιοϊατρική κατασκευή που βασίζεται στο διάστημα.