Naukowcy Instytutu Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej Polskiej Akademii Nauk w Warszawie skonstruowali mikroreaktor, który może posłużyć do hodowli komórek wątroby. Hepatocyty są bardzo wrażliwe i trudno je hodować poza organizmem. Odpowiednia konstrukcja mikroreaktora daje taką możliwość i dzięki temu można go będzie wykorzystać do prób budowy sztucznej wątroby.
We współczesnych laboratoriach ludzkie i zwierzęce komórki najczęściej rosną i mnożą się w standardowych naczyniach hodowlanych, w warunkach znacznie różniących się od panujących w żywym organizmie. Fakt ten utrudnia - a niekiedy nawet uniemożliwia - właściwy rozwój wielu rodzajów komórek.
W IBIB PAN zaprezentowano demonstrator mikroreaktora przepływowego, który daje możliwość precyzyjnego kontrolowania warunków otoczenia komórek i gwarantuje im doskonałe warunki wzrostu. Ponieważ hepatocyty mają bardzo duże wymagania, ich spełnienie nawet w układzie mikroprzepływowym nie jest proste - mówi dr hab. inż. Dorota Pijanowska, prof. IBIB PAN.
Zbudowane w IBIB PAN bioreaktory to niewielkie, mieszczące się w dłoni płytki z przezroczystego polimeru. Każdy bioreaktor powstaje poprzez sklejenie dwóch cieńszych płytek, przy czym przed połączeniem badacze w jednej z nich wykonują układ mikrokanalików i prostopadłościennych, płaskich komór hodowlanych. Po połączeniu płytek, do komór hodowlanych bioreaktora wprowadza się komórki. Przepływająca przez układ pożywka w sposób ciągły dostarcza komórkom substancje odżywcze oraz odprowadza metabolity.
Komórki wątrobowe potrzebują dużo tlenu. Zapewnienie im go w dostatecznej ilości w całej przestrzeni komory hodowlanej bioreaktora okazało się trudne. Niska rozpuszczalność tlenu w pożywce przy małych prędkościach przepływu może sprawiać, że komórki bliższe wlotowi kanału z pożywką mają tlenu pod dostatkiem, podczas gdy znajdujące się dalej pozostają niedotlenione.
By sobie z tym poradzić badacze wykorzystali własności polimeru, z którego budowano mikroreaktor. Polidimetylosiloksan (PDMS) jest dla gazów silnie przepuszczalny. Jako podstawę komórek wykorzystano membranę z PDMS o grubości 150 mikrometrów. Jest ona dostatecznie wytrzymała, by umożliwiać normalną eksploatację urządzenia, a jednocześnie tak cienka, że tlen z otoczenia może przenikać do wnętrza komory hodowlanej. Niewielka wysokość komory - zaledwie 100 mikrometrów - gwarantuje swobodną dyfuzję gazu w całej objętości bioreaktora i zapewnia znajdującym się w nim hepatocytom równomierny dostęp do tlenu.
Naukowcy IBIB współpracują przy modyfikacji bioreaktora z innymi polskimi uczelniami. Zespół naukowców z Politechniki Łódzkiej zajmuje się pokrywaniem powierzchni płytek PDMS warstwami diamentopodobnymi o zróżnicowanej teksturze. Warstwy te wpływają na wzrost komórek i mogą umożliwiać kształtowanie się ich pożądanych cech. Z kolei inżynierowie z Akademii Górniczo-Hutniczej zajmują się rozwijaniem narzędzi do optoelektronicznej detekcji komórek.
W pojedynczym bioreaktorze nie ma zbyt wielu hepatocytów. Ale nasze bioreaktory mają budowę modułową i można je będzie ze sobą zestawiać. W przyszłości taki zespół potencjalnie mógłby być dostatecznie wydajny, by funkcjonować jako sztuczna wątroba - zapowiada prof. Pijanowska.
Na podstawie informacji prasowej Instytutu Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej im. Macieja Nałęcza Polskiej Akademii Nauk (IBIB PAN) w Warszawie.