Model skóry 3D odtwarza przebieg twardziny i pozwala testować skuteczność terapii

Dla pacjentów żyjących z twardziną układową – chorobą autoimmunologiczną powodującą zwłóknienie i usztywnienie tkanek w narządach takich jak płuca, wątroba, nerki oraz w skórze – skuteczniejsze leczenie to paląca potrzeba. Choroba, choć rzadka, może prowadzić do zgonu, a jej przebieg bywa skrajnie zróżnicowany: od powolnych zmian skórnych po gwałtowne, wielonarządowe zajęcie zagrażające życiu.

Tradycyjne modele badań in vitro i zwierzęcych nie oddają pełnej złożoności twardziny. Zespół naukowców z Tufts University i Geisel School of Medicine w Dartmouth opracował jednak nowy, trójwymiarowy model tkankowy, który może pomóc lepiej zrozumieć, co napędza patologiczne zachowania komórek prowadzące do zwłóknienia. Model ten może również usprawnić przewidywanie skuteczności terapii u konkretnych pacjentów.

Z wykorzystaniem próbek skóry i krwi pacjentów z twardziną naukowcy odtworzyli w laboratorium trójwymiarową strukturę skóry – niewielkie, różowe dyski przypominające naleśniki, które w realistyczny sposób odwzorowują przebieg choroby w organizmie. „Pod mikroskopem nie da się odróżnić naszej hodowanej w laboratorium skóry od prawdziwej” – mówi prof. Jonathan Garlick z Tufts University School of Dental Medicine, kierownik zespołu badawczego.

Model 3D może pomóc naukowcom opracować skuteczniejsze i bardziej spersonalizowane terapie, ponieważ naśladuje zarówno strukturę tkanki, jak i różnice w przebiegu twardziny u różnych pacjentów. Zdaniem autorów, opracowany model może być również zaadaptowany do badań nad innymi chorobami przebiegającymi z włóknieniem, jak np. włóknienie mięśnia sercowego czy włóknienie płuc.

Opisany w czasopiśmie Tissue Engineering: Part C: Methods model jest pierwszym, który łączy dwie kluczowe komórki układu odpornościowego – limfocyty T i makrofagi – z komórkami skóry i tkanki łącznej pochodzącymi bezpośrednio od pacjentów. „To sprawia, że model ten ma ogromną wartość, ponieważ to właśnie te komórki odpornościowe napędzają produkcję nadmiaru kolagenu, prowadząc do upośledzenia funkcji zajętych tkanek” – podkreśla Garlick.

Dodatkowo model 3D zachowuje naturalną różnorodność komórkową, która zwykle nie występuje w standardowych modelach hodowli 2D. „Kiedy przenosimy komórki pacjenta na plastikowe, dwuwymiarowe podłoże, niemal natychmiast zaczynają one rosnąć w ujednolicony sposób” – wyjaśnia Garlick. – „Tymczasem w organizmie komórki funkcjonują w złożonym środowisku tkankowym, gdzie ich zachowanie zależy od interakcji z innymi typami komórek i otoczeniem.”

Model nie tylko wygląda, ale i funkcjonuje jak prawdziwa tkanka. Umożliwia on naukowcom izolowanie pojedynczych komórek i analizowanie, które geny są w nich aktywne, a które wyciszone. „Dzięki temu możemy lepiej zrozumieć mechanizmy choroby i szybciej przewidzieć, którzy pacjenci odniosą korzyść z konkretnych terapii – niezależnie od tego, czy ich włóknienie obejmuje wiele narządów, czy tylko lokalny obszar skóry” – mówi Garlick.

Zespół badawczy współpracuje bezpośrednio z osobami chorymi na twardzinę, m.in. poprzez grupy wsparcia, by mieć pewność, że ich prace laboratoryjne odzwierciedlają realne potrzeby pacjentów.

Ostatecznym celem naukowców jest wykorzystanie modelu 3D jako predykcyjnego narzędzia do testowania bezpieczeństwa i skuteczności nowych leków, wypełniając tym samym lukę między badaniami przedklinicznymi a klinicznymi.

„Niektórzy z pacjentów, z którymi współpracujemy, przechodzą przeszczepienie komórek macierzystych, inni wymagają przeszczepienia płuc” – mówi Garlick. – „A kiedy co roku uczestniczymy w marszach charytatywnych organizowanych przez Scleroderma Foundation, widzimy zdjęcia i wspomnienia osób, które zmarły z powodu tej strasznej choroby. To przypomina nam, jak pilne są te badania.”

Pierwszą autorką publikacji jest Isha Singh z Tufts University School of Dental Medicine. Prace zostały sfinansowane przez National Center for Advancing Translational Sciences w ramach National Institutes of Health (grant nr UM1TR004398) oraz National Scleroderma Foundation.

Źródło: Tissue Engineering: Part C: Methods, New 3D tissue model may speed better therapies for fibrosis
DOI: 10.1177/19373341251360742