Znajdź zawartość

Dzięki wykorzystaniu podstaw wiedzy z genetyki oraz reakcji chemicznej odkrytej aż 90 lat temu udało się stworzyć mikrotkanki zbudowane z niewielkich grup komórek o ściśle zaprogramowanym funkcjonowaniu i rozkładzie przestrzennym. To nowy poziom złożoności i hierarchicznego układu w biologii syntetycznej - ocenia prof. Carolyn Bertozzi, pracownica Uniwersytetu Kalifornijskiego zaangażowana w eksperyment. Ludzie mają w zwyczaju myśleć o komórkach jak o podstawowych jednostkach. Prawda jest jednak taka, że istnieją takie zgrupowania komórek, które potrafią dokonać rzeczy, z wykonaniem których nie poradziłyby sobie pojedyncze zaprogramowane komórki. Pomysł zrealizowany przez prof. Bertozzi oraz jej kolegów opierał się na wykorzystaniu tzw. zasady komplementarności, jednego z podstawowych praw genetyki. Głosi ona, że jeżeli w jednym roztworze umieści się dwa fragmenty DNA o odpowiednich, "dopasowanych" do siebie (komplementarnych) sekwencjach, dojdzie do ich połączenia w nić podwójną. W swoim eksperymencie badacze wykorzystali dwa rodzaje takich nici, z których każdy został przytwierdzony do innego rodzaju komórek. Następnie zmodyfikowane komórki wymieszano ze sobą w ściśle określonym stosunku, pozwalającej na stworzenie trójwymiarowej "mikrotkanki", jak określili powstający twór autorzy. Do przyłączenia krótkich fragmentów DNA do powierzchni komórek wykorzystano tzw. ligację Staudingera - modyfikację reakcji chemicznej znanej już od 1919 roku. W przeszłości była ona wielokrotnie stosowana do sprzęgania nici DNA z różnego rodzaju substancjami (np. barwnikami fluorescencyjnymi), lecz stosowanie jej w celu kotwiczenia DNA do komórek było czymś zupełnie nowym. Aby potwierdzić skuteczność metody oraz wytworzenie wzajemnych relacji między komórkami, naukowcy z Kalifornii połączyli ze sobą tzw. hematopoetyczne komórki progenitorowe, czyli prekursory komórek krwi, oraz tzw. komórki CHO, uzyskane z jajnika samicy chomika. Genom tych ostatnich został zmodyfikowany tak, by wytwarzały one białko niezbędne dla przekształcania się komórek progenitorowych w dojrzałe komórki krwi. Ponieważ doświadczenie to zakończyło się sukcesem, można przypuszczać, że "mikrotkanki" mogłyby symulować także zachowania innych typów komórek. Wytwarzanie wielokomórkowych struktur o ściśle ustalonej strukturze i hierarchii pozwala na stworzenie wielu bardzo atrakcyjnych modeli badawczych. Potencjalnie mogą one umożliwiać prowadzenie w warunkach laboratoryjnych wielu badań, których wykonanie było dotychczas możliwe wyłącznie przy wykorzystaniu żywych organizmów. Pozwoli to na uproszczenie wielu procedur, a także na obniżenie kosztów wielu z nich.

Aby zbadać w laboratorium niektóre procesy zachodzące w organizmie, konieczna jest hodowla komórek z zachowaniem trójwymiarowej struktury tkanki. Problem w tym, że dotychczas było to bardzo skomplikowane i trudne przedsięwzięcie. Okazuje się jednak, że odczynnik pozwalający na rozwiązanie tego problemu jest genialne w swej prostocie, a do tego... znajduje się w niemal każdej kuchni. Hodowle tkankowe dają niezwykłą możliwość symulowania zjawisk zachodzących w żywym organizmie. Niestety mają one też swoje ograniczenia, bowiem niektóre struktury, jak np. kanaliki wydzielnicze gruczołów, można wytworzyć wyłącznie z zastosowaniem bardzo drogich odczynników. Na szczęście badacze z Baylor College of Medicine odkryli bardzo prosty sposób na pokonanie tej niedogodności. Jest nim zastosowanie... białka kurzych jaj. Jak tłumaczy jedna z autorek odkrycia, dr Steffi Oesterreich, to ważne, ponieważ architektura komórki jest inna w dwóch wymiarach, niż w trzech. Zrozumienie, w jaki sposób komórki się komunikują i w jaki sposób działają białka wymaga trzech wymiarów. Badaczka podkreśla, że jest to istotne np. z punktu widzenia badań nad różnymi rodzajami raka, który bardzo często wywodzi się właśnie z nabłonka gruczołowego. Dokładne odwzorowanie jego struktury przestrzennej zwiększa wiarygodność badań: jeśli umieścisz komórki [nowotworowe - red.] w przygotowanym roztworze białka jaja, formują one strukturę podobną do kanalika. W formie dwuwymiarowej nie mogą tego kanalika uformować. Realistyczne odwzorowanie utkania tkanki jest istotne także dla badań nad sygnalizacją międzykomórkową. Nawet laik domyśli się, że w "płaskiej" hodowli każda komórka ma kontakt ze znacznie mniejszą liczbą "sąsiadów", niż w przypadku ich rozmieszczenia w przestrzeni, co może mieć wpływ na uzyskane wyniki. Opracowanie skutecznej i, co nie jest bez znaczenia, taniej metody pozwalającej na odwzorowanie architektury tkanki umożliwi także prowadzenie lepszych badań nad tzw. mikrośrodowiskiem guza, czyli przestrzenią bezpośrednio otaczającą komórki nowotworowe, ułatwiającą jego rozwój bądź blokującą go. Jak więc nietrudno zauważyć, odkrycie otwiera przed naukowcami zupełnie nowe, ekscytujące możliwości. Pomysł na wykorzystanie białka jaja kurzego powstał dzięki pilnej obserwacji procesów spotykanych w naturze i błyskotliwemu umysłowi odkrywcy. Jak tłumaczy asystentka dr Oesterreich, dr Benny A. Kaipparettu, od stuleci wiedzieliśmy, że mały kurczak rośnie w trzech wymiarach, pod skorupką jaja i bez jakiegokolwiek wsparcia z zewnątrz. Teraz odkryliśmy, że Matka Natura ofiarowała nam wartościowe narzędzie przydatne w badaniach medycznych. Badaczka dostrzega jeszcze jedną istotną korzyść wynikającą z zastosowania z nowego "odczynnika": jest on przezroczysty, dzięki czemu analiza rosnącej tkanki jest niezwykle wygodna. Pomysłowe panie doktor zgłosiły swój pomysł do urzędu patentowego. O swoim osiągnięciu, które już teraz wzbudziło ogromne zainteresowanie świata nauki, informują w najnowszym numerze czasopisma BioTechniques.