Vücudumuzdakı hüceyrələr və toxumalar olduqca mürəkkəb, üç ölçülü bir dünyada böyüyür, inkişaf edir və qarşılıqlı əlaqədə olur. Eyni şəkildə, bədənimizi işğal edən və yoluxucu xəstəliklərə səbəb olan müxtəlif mikrob patogenləri bu mürəkkəb 3 ölçülü toxuma mühiti ilə qarşılıqlı əlaqədə olur. Bununla belə, insan hüceyrələrinin becərilməsi və öyrənilməsi üsulları ənənəvi olaraq düz keçirməyən səthlərdə iki ölçüdə həyata keçirilir. Bu cür 2-D kultivasiya və modelləşdirmə səyləri hüceyrə davranışı və infeksiya və xəstəlik mexanizmləri haqqında davamlı tənqidi fikirlər axını yaratsa da, 2-D hüceyrə mədəniyyətləri in vivo olaraq toxuma mühitini dəqiq şəkildə bərpa etmək baxımından əsas məhdudiyyətlərə malikdir, yəni, canlı orqanizmdə mövcud olan mühit.
Nature Reviews Microbiology jurnalının cari sayında Arizona Dövlət Universitetinin Biodizayn İnstitutunda tədqiqatçı Cheryl Nickerson və onun komandası 3-D-də hüceyrələrin öyrənilməsi üçün innovativ yanaşmanı vurğulayır. Onlar xəstəliyin başlanğıcı və inkişafı, xüsusən də yoluxucu patogenlərə ana hüceyrələrin reaksiyaları haqqında elmin anlayışını xeyli genişləndirmək üçün bu cür tədqiqatların potensialını araşdırırlar. Bu cür iş yoluxucu xəstəliyin mexanizmləri haqqında təzə fikir verir və yeni və ya təkmil terapevtiklərin dizaynı, daha dəqiq dərman skrininqi və potensial peyvənd namizədlərinin təkmilləşdirilmiş qiymətləndirilməsi üçün potensiala malikdir.
Yoluxucu patogenlərin immun sistemindən necə uğurla qaçaraq xəstəliklərə səbəb olduğunu başa düşməkdə böyük irəliləyişlərə və bu ölümcül xəstəliklərin bəzilərinin uğurlu müalicəsinə və ya aradan qaldırılmasına baxmayaraq; yoluxucu xəstəliklər, xüsusən də inkişaf etməkdə olan dünyada böyük sağlamlıq və iqtisadi yük olaraq qalır. Onlar hər il təxminən 14-17 milyon insanın ölümünə səbəb olmaqla bütün dünya üzrə ölüm hallarının təxminən 35 faizini törətməyə davam edir. Bu ölümlərin bir çoxunun qarşısı in vivo mühitləri daha yaxşı təqlid edən insan hüceyrə və toxumalarının in vitro modellərinin inkişafı ilə alına bilər.
3-D kultivasiya üsullarının ortaya çıxmasından əvvəl, tədqiqat üçün istifadə edilən insan hüceyrələri adətən düz səthlərdə (çox vaxt emal edilmiş polistirol və ya şüşədən ibarətdir) böyüdülür və nəticədə monolaylar kimi tanınan 2-D hüceyrə təbəqələrinin böyüməsi ilə nəticələnirdi. Bununla belə, hüceyrələrin 3-D arxitekturasından və yerli mikro-mühitindən təcrid edilməsi baha başa gəlir. Bu araşdırmanın aparıcı müəlliflərindən biri Cennifer Barrila izah etdiyi kimi, "biz bilirik ki, əgər toxumadan biopsiya götürsəniz, onu homojenləşdirsəniz və düz bir səthə düzsəniz və böyüməsini izləsəniz, o, dərhal fərqlənəcək və başlayacaq. normal olaraq bədəndə malik olduğu bir çox xüsusiyyət və funksiyanı itirir, çünki o, artıq o xarakterik 3-D formasında deyil."
Hazırda bədəndəki hüceyrə və toxumaların in vivo xüsusiyyətlərini daha yaxşı təqlid edə bilən 3-D hüceyrə mədəniyyəti modellərini yaratmaq üçün bir sıra innovativ üsullar mövcuddur. Cari icmalda kosmosa uçuş zamanı becərilmiş hüceyrələrin qarşılaşdığı mikroqravitasiya mühitinin aspektlərini simulyasiya etmək üçün NASA mühəndisləri tərəfindən hazırlanmış belə perspektivli texnologiyanın istifadəsinə diqqət yetirilir.
Fırlanan divar damarı bioreaktoru və ya RWV kimi tanınan bu texnologiya hüceyrələrə əsas qida maddələri verən mədəniyyət mühiti ilə doldurulmuş silindrik, fırlanan aparatdır. Cazibə qüvvəsi səbəbindən hüceyrələrin təbii çöküntüsü bioreaktorun fırlanması ilə tarazlaşdırılır, nəticədə kameradakı media içərisində hüceyrələrin yumşaq bir şəkildə düşməsi ilə nəticələnir. Kultura zamanı hüceyrələr məsaməli mikrodaşıyıcı muncuqlara (və ya digər iskelelərə) yapışdırılır ki, bu da in vivo olaraq toxumaların qarşılaşdığı şərtləri yaxından təqlid edən şəkildə üç ölçülü kimyəvi və molekulyar qradientlərə hüceyrə reaksiyalarına imkan verir. Bu şərtlər altında hüceyrələr 3-D toxumaya bənzər strukturlar yaratmaq üçün birləşəcək.
RWV bioreaktoru daxilində hüceyrə mədəniyyəti mühiti, həmçinin bədəndə aşkar edilən mayenin aşağı kəsilməsinin təbii, fizioloji cəhətdən uyğun şərtlərini təkrarlamaq üçün nəzərdə tutulub. Mayenin kəsilməsi mayelərin hüceyrə səthləri üzərində hərəkəti ilə tətbiq olunan mexaniki qüvvədir və hüceyrənin diferensiasiyası, inkişafı və funksiyasında mühüm rol oynadığı aşkar edilmişdir. Maraqlıdır ki, Nickerson və onun komandası tərəfindən aparılan eksperimental tədqiqatlar bəzi insan patogenlərinin yoluxucu xəstəlik potensialını tənzimləməkdə aşağı maye kəsmə mühitlərini təsir etdi. Konkret olaraq, mədə-bağırsaq, tənəffüs və sidik-cinsiyyət yollarının müəyyən nahiyələrində patogenlərin rastlaşdığı şərtlər infeksion xəstəlik prosesinin nəticəsini dəyişmək potensialına malik olan mayenin aşağı kəsildiyi mühitləri təmsil edir.
Son on ildə Nickerson qrupu və həmkarları kiçik və yoğun bağırsaq, ağciyər, plasenta, neyron toxuması və vaginal epitelin 3-D modellərini dərc etdilər. Bu cür modellər hüceyrələrin çoxalması, diferensiasiya və immun funksiyası haqqında maraqlı yeni anlayışlar təklif edir və normal toxuma homeostazını və xəstəliyə keçidi başa düşmək üçün platforma təqdim edir. Bundan əlavə, bu 3-D modellər patogenlərin xəstəliyə səbəb olmasının yeni yollarını da açıqladı və in vitroda öyrənilə bilən patogenlərin çeşidini genişləndirdi. Bu tədqiqat xətti üçün əsas olan 3-D modellər infeksiyaya yoluxmuş ev sahibini təqlid edən mühüm üsullarla cavab verir.
Bu tədqiqatlara müvafiq olaraq Salmonella typhimurium və norovirus da daxil olmaqla qida ilə ötürülən bakterial və viral patogenlər tərəfindən 3-D bağırsaq toxumalarının infeksiyası və Pseudomonas aeruginosa bakterial patogeni ilə 3-D ağciyər toxumalarının infeksiyası daxildir. Nickerson vurğulayır ki, 3-D toxuma modelləşdirməsi əvvəllər adi üsullarla öyrənilməsi çətin və ya qeyri-mümkün olan müxtəlif host-patogen qarşılıqlı əlaqəni araşdırmaq üçün qapı açmışdır.
Nickerson əsas elmin klinik şəraitə tərcüməsini asanlaşdırmaqda 3-D hüceyrə mədəniyyətləri üçün də perspektivli gələcək görür. O vurğulayır ki, çoxsaylı hüceyrə tiplərini özündə birləşdirən bir sıra getdikcə mürəkkəbləşən 3-D model sistemlərinin işlənib hazırlanması və istifadəsi insan xəstəliklərinin, o cümlədən infeksiya və xərçəng kimi genetik pozğunluqların səbəb olduğu xəstəliklərin öyrənilməsinə imkan verəcək. Bundan əlavə, bu modellərin dərman dizayn prosesinin ilkin mərhələlərində insan toxumaları üçün surroqatlar kimi daxil edilməsi potensial olaraq in vivo reaksiyaları daha çox proqnozlaşdıran in vitro modelləri təqdim etməklə klinik sınaqlara daxil olan qeyri-adekvat dərman namizədlərinin sayını az altmağa kömək edə bilər., bununla da terapevtik məhsulu bazara çıxarmaq üçün vaxtı və xərcləri azaldır.
Qrupun nəzərdən keçirilməsi üçün tədqiqat aparıcı həmmüəlliflər Cennifer Barrila və Andrea Radtke, Nickerson qrupundan Shameema Sarker və Aurélie Crabbe, Biodesign İnstitutunda Melissa M. Herbst-Kralovetz və C.. Mark Ott NASA Johnson Kosmik Mərkəzində.
Biodizayn İnstitutunun Yoluxucu Xəstəliklər və Vaksinologiya Mərkəzindəki vəzifəsinə əlavə olaraq, Cheryl Nickerson Arizona Dövlət Universitetinin Həyat Elmləri Məktəbində həyat elmləri üzrə dosentdir.
