PDF Basket
Choć nie każdy zdaje sobie z tego sprawę, w naszym codziennym życiu często spotykamy substancje zaburzające funkcjonowanie układu hormonalnego, takie jak bisfenol A, substancje imitujące ludzkie estrogeny czy środki zmniejszające palność. Narażenie na te chemikalia nie pozostaje bez wpływu na nasze zdrowie, powodując tak groźne zaburzenia i choroby, jak bezpłodność, otyłość i rak.
Badania dotyczące możliwych konsekwencji kontaktu z substancjami zaburzającymi funkcjonowanie układu hormonalnego były jak dotąd prowadzone przy użyciu tradycyjnych metod, do których należą dwuwymiarowe hodowle komórkowe lub modele zwierzęce. Jednak obie nastręczają problemów – pierwszą z nich charakteryzuje brak wystarczającej precyzji, zaś testy na zwierzętach mają być ostatecznie wyeliminowane we wszystkich państwach UE, zgodnie ze zobowiązaniem Komisji do zapewnienia dobrostanu zwierząt.
Dlatego rozwiązanie opracowane w ramach projektu SCREENED jest tak istotne – eliminuje oba wspomniane problemy. Koordynatorem prac był Lorenzo Moroni, dyrektor ośrodka badawczego MERLN Institute for Technology-Inspired Regenerative Medicine w Niderlandach, kierujący zespołem, któremu zawdzięczamy opracowanie innowacyjnego modelu ludzkiej tarczycy opartego na trójwymiarowej hodowli komórkowej.
Narząd na chipie
Celem projektu było przezwyciężenie ograniczeń, z jakimi zmagają się uczeni korzystający z tradycyjnych dwuwymiarowych hodowli komórkowych i modeli zwierzęcych, szczególnie jeśli chodzi o czułość i specyficzność tych testów. Jak wyjaśnia Moroni, „większość badań przesiewowych pod kątem wpływu substancji zaburzających układ hormonalny na tarczycę nadal opiera się na modelach dwuwymiarowych hodowli komórkowych”. Często wykorzystywane są w nich linie komórkowe pochodzące z chorych tkanek, ponieważ pozwalają one na stworzenie modelu, który w sposób dokładny odzwierciedla nieprawidłowy stan tarczycy. Jednak według Moroniego, „one również posiadają ograniczoną specyficzność i czułość, gdy są używane do badania substancji zaburzających układ hormonalny”.
Zespół projektu SCREENED postanowił przezwyciężyć te ograniczenia, opracowując trzy różne trójwymiarowe modele tarczycy. W pierwszym modelu, opracowanym przez zespół pod kierownictwem Sabine Costaglioli z Wolnego Uniwersytetu Brukselskiego w Belgii, wykorzystano tzw. organoidy – miniaturowe, uproszczone wersje tarczycy stworzone z ludzkich komórek macierzystych. Ich zadaniem jest odtworzenie głównej funkcji naturalnej tarczycy, jaką jest produkcja hormonów tarczycy. „Po raz pierwszy udało nam się stworzyć model pęcherzyka tarczycy na bazie ludzkich komórek macierzystych”, zauważa Moroni. Organoidy te są umieszczone w urządzeniu mikroprzepływowym do hodowli komórek, tworząc model typu „narząd na chipie”, który naśladuje naturalne środowisko komórek tarczycy.
Drugi model został opracowany przez włoski Uniwersytet w Parmie. Wykorzystano w nim specjalnie przygotowane struktury tkankowe, które ściśle odpowiadają naturalnej budowie tarczycy, co zapewnia lepszą strukturę i funkcję. Z kolei trzeci model opiera się na strukturach wykonanych metodą druku przestrzennego, które odwzorowują kształt i układ gruczołu tarczowego, w tym potrzebną do jego funkcjonowania sieć naczyń krwionośnych. Modele te są umieszczone w modułowym mikrobioreaktorze wyposażonym w innowacyjną technologię czujników umożliwiającą precyzyjną kontrolę warunków hodowli komórek.
Zrozumieć substancje zaburzające układ hormonalny
Innowacyjność podejścia zastosowanego przez uczestników projektu SCREENED nie ogranicza się jedynie do tych złożonych trójwymiarowych struktur. Projekt dostarczył również nowych i dokładniejszych informacji na temat biologicznych markerów substancji zaburzających układ hormonalny, co pozwala na wyjaśnienie, w jaki sposób te niebezpieczne substancje wpływają na funkcjonowanie tarczycy. „Nasze innowacyjne rozwiązanie opiera się na wielu różnych filarach”, dodaje Moroni. „Te nowe modele komórkowe zostały wyhodowane na chipie 3D lub w konstrukcji wykonanej metodą biodruku, co zapewnia wyższą czułość na poddawane badaniom substancje zaburzające układ hormonalny”.
Potencjalny wpływ badań SCREENED jest nie do przecenienia. Dzięki stworzeniu wysokiej jakości platform badawczych projekt otwiera możliwość wykrywania substancji zaburzających funkcjonowanie układu hormonalnego na znacznie wcześniejszym etapie ekspozycji w porównaniu z dotychczasowymi testami. „Wykazana przez nas wyższa specyficzność i czułość wykrywania substancji zaburzających układ hormonalny daje możliwość prowadzenia wysokiej jakości badań nad domniemanymi skutkami działania tychże związków chemicznych w niższych stężeniach”, podkreśla Moroni.
Co więcej, wprowadzenie do użytku nowych, zaawansowanych modeli 3D daje szansę na ograniczenie konieczności przeprowadzania testów na zwierzętach, torując drogę dla bardziej humanitarnych metod badawczych, zgodnych z obecnymi zasadami etycznymi i trendami regulacyjnymi. To podejście pomaga nam zrozumieć, w jaki sposób ekspozycja na pewne substancje może negatywnie wpływać na rozwój i funkcjonowanie tarczycy. Wykorzystując zaawansowane techniki służące do badania białek i genów oraz modele komputerowe, naukowcy są w stanie prześledzić wszystkie etapy działania danej substancji, od początkowej ekspozycji, aż po ostateczne skutki dla zdrowia. Jest to metoda, która wpisuje się w koncepcję mapowania całego procesu z myślą o lepszym przewidywaniu szkodliwych skutków, a także skuteczniejszym zapobieganiu im.
W najbliższej przyszłości Moroni i jego zespół zamierzają pogłębić swoje dotychczasowe badania. Mimo że uczeni skupieni wokół projektu SCREENED nie uzyskali dodatkowego finansowania, są jak najlepszej myśli, jeśli chodzi o ich przyszłe możliwości kontynuowania tych przełomowych prac.