Forskere dyrker menneskelige minilunger som dyrealternativ til sikkerhedstestning af nanomaterialer
Menneskelige minilunger dyrket af videnskabsmænd fra University of Manchester kan efterligne dyrenes reaktion, når de udsættes for visse nanomaterialer. Undersøgelsen er offentliggjort i Nano Today .
Selvom det ikke forventes at erstatte dyremodeller fuldstændigt, kan menneskelige organoider snart føre til betydelige reduktioner i antallet af forskningsdyr, hævder holdet ledet af cellebiolog og nanotoksikolog Dr. Sandra Vranic.
Dyrket i en skål fra menneskelige stamceller er lungeorganoider flercellede, tredimensionelle strukturer, der har til formål at genskabe nøgletræk ved menneskeligt væv, såsom cellulær kompleksitet og arkitektur. De bruges i stigende grad til bedre at forstå forskellige lungesygdomme, fra cystisk fibrose til lungekræft og infektionssygdomme, herunder SARS-CoV-2.
Imidlertid er deres evne til at fange vævsreaktioner på eksponering af nanomateriale indtil nu ikke blevet vist. For at udsætte den organoide model for kulstofbaserede nanomaterialer udviklede Dr. Rahaf Issa, ledende videnskabsmand i Dr. Vranics gruppe, en metode til nøjagtigt at dosere og mikroinjicere nanomaterialer i organoidens lumen. Det simulerede den virkelige eksponering af det apikale lungeepitel, det yderste lag af celler, der forer luftvejene i lungerne.
Eksisterende dyreforskningsdata har vist, at en type lange og stive multi-walled carbon nanorør (MWCNT) kan forårsage uønskede virkninger i lungerne, hvilket fører til vedvarende betændelse og fibrose - en alvorlig form for irreversibel ardannelse i lungen.
Ved at bruge de samme biologiske endepunkter viste holdets menneskelige lungeorganoider en lignende biologisk respons, som validerer dem som værktøjer til at forudsige nanomateriale-drevne responser i lungevæv. De menneskelige organoider muliggjorde bedre forståelse af interaktioner mellem nanomaterialer og modelvævet, men på celleniveau.
Grafenoxid (GO), en flad, tynd og fleksibel form for kulstofnanomateriale, viste sig at være midlertidigt fanget ude af skade i et stof, der produceres af luftvejene, kaldet sekretorisk mucin. I modsætning hertil inducerede MWCNT en mere vedvarende interaktion med de alveolære celler, med mere begrænset mucinsekretion og fører til vækst af fibrøst væv.
I en videre udvikling udvikler og studerer Dr. Issa og Vranic, baseret på Universitetets Center for Nanoteknologi i Medicin, nu en banebrydende menneskelig lungeorganoid, der også indeholder en integreret immuncellekomponent.
Dr. Vranic sagde:"Med yderligere validering, langvarig eksponering og inkorporering af en immunkomponent kan menneskelige lungeorganoider i høj grad reducere behovet for dyr, der anvendes i nanotoksikologisk forskning.
"Udviklet til at fremme human dyreforskning, er 3R'erne for erstatning, reduktion og forfining nu indlejret i britisk lovgivning og i mange andre lande.
"Offentlige holdninger viser konsekvent, at støtte til dyreforskning er betinget af, at 3R'erne bliver omsat i praksis."
Professor Kostas Kostarelos, formand for nanomedicin ved universitetet sagde:"Nuværende '2D-testning' af nanomaterialer ved hjælp af todimensionelle cellekulturmodeller giver en vis forståelse af cellulære effekter, men de er så forenklede, da de kun delvist kan skildre den komplekse måde, celler kommunikerer på. Det repræsenterer bestemt ikke kompleksiteten af det menneskelige lungeepitel og kan misrepræsentere nanomaterialers giftige potentiale, på godt og ondt.
"Selvom der stadig vil være brug for dyr i forskning i en overskuelig fremtid, er '3D'-organoider ikke desto mindre et spændende perspektiv i vores forskningsfelt og i forskningen mere generelt som en menneskelig ækvivalent og et dyrealternativ."
Flere oplysninger: Rahaf Issa et al., Functioning human lung organoids model pulmonal tissue response from carbon nanomaterial expositions, Nano Today (2024). DOI:10.1016/j.nantod.2024.102254
Journaloplysninger: Nano i dag
Leveret af University of Manchester
Varme artikler
-
Kolloide dispersioner af nanoark til katalyseDiagram over eksfolieringsprocessen i flydende fase. Kredit:ICN2 Forskere fra ICN2 Nanostructured Functional Materials Group, i samarbejde med andre institutioner, har brugt en flydende fase eksfo -
Forskere tager et nyt skridt i udviklingen af mikroelektronikForskere tager et nyt skridt i udviklingen af mikroelektronikken. Kredit:Peter den Store St.Petersburg Polytechnic University Forskere ved Peter den Store St. Petersborg Polytekniske Universitet -
Phonon-dynamik muliggør en dybere forståelse af, hvordan varme bevæger sig gennem kvanteprikkerNanometerskala kvanteprikker lavet af en legering af silicium og germanium blev målrettet af forskere ved UCI ved hjælp af en teknik kaldet vibrationselektronenergitabsspektroskopi i et transmissionse -
Ud over LED'er:Lysere, nye energibesparende fladskærmslys baseret på kulstof nanorørDette billede viser en plan lyskildeenhed fra forsiden. Kredit:N.Shimoi/Tohoku University Selvom Nobelprisen i fysik 2014 har fastlagt lysemitterende dioder (LEDer) som den mest betydningsfulde og
- Platinum:Hvad er så specielt ved det skinnende metal?
- Håndtering af billioner af supercomputer -filer blev bare enklere
- Vil du reducere dit madspild derhjemme? Her er de seks bedste evidensbaserede måder at gøre det på
- At bryde symmetri fører til responsive organiske fotodetektorer
- For den varmeste planet, en stor nedsmeltning, viser undersøgelse
- Minedriftsselskaber er forpligtet til at returnere stenbrud til deres naturlige karakter. Men er det…