Крошечные «антропоботы», построенные из человеческих клеток, могут помочь исцелить организм

В медицине будущего молекулярные врачи, созданные из собственных клеток пациента, смогут выявлять рак, восстанавливать поврежденные ткани и даже удалять бляшки из кровеносных сосудов. Сейчас исследователи сделали шаг в направлении этой идеи: они убедили клетки трахеи формировать скоординированные группы, называемые органоидами, которые могут передвигаться с помощью крошечных придатков. При добавлении к поврежденным нейронам в лаборатории эти «антропоботы» помогали нейронам восстанавливаться. Новое исследование было опубликовано в журнале Advanced Science.

Майкл Левин, биолог развития из Университета Тафтса и руководитель нового исследования, создал своих первых «живых роботов» 4 года назад. Он и его коллеги сшили вместе эмбриональные клетки сердца и кожи африканской шпорцевой лягушки, чтобы создать органоид с ресничками — крошечными волосками, которые движутся взад и вперед, позволяя ей ползать и даже плавать. 

Это был хороший первый шаг, но иммунная система человека отвергла бы таких биороботов на базе амфибий. Итак, в новом исследовании Левина Гизем Гумуская начала с клеток, выстилающих трахею взрослого человека. Эти клетки также имеют реснички, и исследователи надеялись использовать придатки как крошечные весла, чтобы приводить в движение органоид и перемещать его.

Гумуская поместила отдельные клетки трахеи в трехмерный каркас, сделанный из ткани крысы, который напоминает среду в трахее человека. Через 2 недели клетки размножились и образовали крошечные сферы, но их реснички находились внутри этих сфер и, следовательно, были бесполезны для передвижения. Поэтому исследователи погрузили клетки в специальную ванну, свойства жидкости которой побудили их вывернуть реснички.

Полученные органоиды различаются по размеру и форме, несмотря на одинаковую ДНК. Они могут быть круглыми или продолговатыми и состоять из от 100 до 1000 клеток. (Самый крупный из них размером с маковое зернышко.) Их реснички могут быть распределены по всей внешней поверхности или сгруппированы в отдельные пятна. «Как и отпечатки пальцев, не бывает двух одинаковых», — говорит Гумуская.

Она и Левин считают, что эти характеристики во многом зависят от того, где клетки располагаются в матриксе и насколько водянистой является жидкая ванна. Форма, размер и расположение ресничек, в свою очередь, помогают определить, движется ли органоид по прямой линии или по кругу или просто покачивается.

Чтобы понять, могут ли эти антропоботы взаимодействовать с тканями человека, команда Левина использовала хорошо зарекомендовавший себя метод оценки заживления ран в нервной системе. Исследователи выращивают лист нервных клеток в лабораторной чашке и «ранят» их, царапая лист.

Когда Гумуская добавила в эту лабораторную чашку группы антропоботов, органоиды переместились на царапину и вниз. Затем, к ее удивлению, через царапину, где обосновались антропоботы, образовался мостик из нервной ткани, исцеляющий травму. Неживые вещества, такие как крахмал или силикон, не оказали такого влияния на царапину, говорит Левин. Он считает, что, будучи живой тканью, антроботы помогали нервным клеткам на одной стороне царапины определять, где находится другая сторона, чтобы они могли инициировать новый рост.

Ученые видят потенциал в использовании антропоботов в качестве инструментов скрининга загрязняющих веществ, новых лекарств и канцерогенов. Они могут легко отслеживать, живы ли и здоровы органоиды, основываясь на том, движутся ли они. 

Также поясняется, что исследователи могут повысить потенциал этих органоидов, модифицировав их геномы для выполнения желаемых функций, таких как доставка лекарств от рака. Левин отмечает, что средства доставки антроботов могут быть менее токсичными, чем существующие лекарства, и с меньшей вероятностью вызывать раздражение иммунной системы, чем имплантируемые устройства. Он даже предполагает использовать потенциальные способности антропоботов к восприятию и памяти, которых нет у лекарств и имплантируемых устройств, для мониторинга состояния здоровья организма. Существует множество других потенциальных применений. «Биология может сделать гораздо больше, чем вы ожидаете», - говорят эксперты.