Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Wetenschappers kweken menselijke minilongen als dierlijk alternatief voor het testen van de veiligheid van nanomaterialen

Generatie van meervoudige longorganoïden uit menselijke embryonale stamcellen (hESC's). Krediet:Nano Vandaag (2024). DOI:10.1016/j.nantod.2024.102254

Menselijke minilongen, ontwikkeld door wetenschappers van de Universiteit van Manchester, kunnen de reactie van dieren nabootsen bij blootstelling aan bepaalde nanomaterialen. Het onderzoek is gepubliceerd in Nano Today .



Hoewel niet wordt verwacht dat ze diermodellen volledig zullen vervangen, zouden menselijke organoïden binnenkort kunnen leiden tot een aanzienlijke vermindering van het aantal proefdieren, betoogt het team onder leiding van celbioloog en nanotoxicoloog dr. Sandra Vranic.

Longorganoïden, gekweekt in een schaaltje van menselijke stamcellen, zijn meercellige, driedimensionale structuren die tot doel hebben belangrijke kenmerken van menselijke weefsels, zoals cellulaire complexiteit en architectuur, na te bootsen. Ze worden steeds vaker gebruikt om verschillende longziekten beter te begrijpen, van cystische fibrose tot longkanker, en infectieziekten, waaronder SARS-CoV-2.

Hun vermogen om weefselreacties op blootstelling aan nanomaterialen vast te leggen is tot nu toe echter niet aangetoond. Om het organoïdemodel bloot te stellen aan op koolstof gebaseerde nanomaterialen, ontwikkelde Dr. Rahaf Issa, hoofdwetenschapper in de groep van Dr. Vranic, een methode om nanomaterialen nauwkeurig te doseren en te micro-injecteren in het lumen van de organoïde. Het simuleerde de blootstelling in het echte leven van het apicale longepitheel, de buitenste laag cellen die de ademhalingswegen in de longen bekleedt.

Bestaande gegevens uit dieronderzoek hebben aangetoond dat een soort lange en stijve meerwandige koolstofnanobuisjes (MWCNT) nadelige effecten in de longen kan veroorzaken, wat kan leiden tot aanhoudende ontstekingen en fibrose – een ernstige vorm van onomkeerbare littekens in de longen.

Met behulp van dezelfde biologische eindpunten vertoonden de menselijke longorganoïden van het team een ​​vergelijkbare biologische respons, wat ze valideert als hulpmiddelen voor het voorspellen van door nanomateriaal aangedreven reacties in longweefsel. De menselijke organoïden maakten een beter begrip mogelijk van de interacties van nanomaterialen met het modelweefsel, maar dan op cellulair niveau.

Grafische samenvatting. Krediet:Nano Vandaag (2024). DOI:10.1016/j.nantod.2024.102254

Grafeenoxide (GO), een platte, dunne en flexibele vorm van koolstofnanomateriaal, bleek tijdelijk buiten gevaar te zitten in een stof die door het ademhalingssysteem wordt geproduceerd en secretoire mucine wordt genoemd. MWCNT induceerde daarentegen een meer persistente interactie met de alveolaire cellen, met een beperktere mucinesecretie, wat leidde tot de groei van fibreus weefsel.

In een verdere ontwikkeling ontwikkelen en bestuderen Dr. Issa en Vranic, verbonden aan het Centrum voor Nanotechnologie in de Geneeskunde van de Universiteit, nu een baanbrekende menselijke longorganoïde die ook een geïntegreerde immuuncelcomponent bevat.

Dr. Vranic zei:"Met verdere validatie, langdurige blootstelling en de integratie van een immuuncomponent zouden menselijke longorganoïden de behoefte aan dieren die worden gebruikt in nanotoxicologisch onderzoek aanzienlijk kunnen verminderen.

"Ontwikkeld om onderzoek op humane proefdieren aan te moedigen, zijn de 3V's van vervanging, vermindering en verfijning nu ingebed in de Britse wetgeving en in veel andere landen.

"Uit de publieke opinie blijkt consequent dat steun voor proefdieronderzoek afhankelijk is van het in praktijk brengen van de 3V's."

Professor Kostas Kostarelos, voorzitter van Nanogeneeskunde aan de universiteit, zei:"De huidige '2D-testen' van nanomaterialen met behulp van tweedimensionale celcultuurmodellen bieden enig inzicht in cellulaire effecten, maar ze zijn zo simplistisch omdat ze de complexe manier waarop cellen communiceren slechts gedeeltelijk kunnen weergeven. Het weerspiegelt zeker niet de complexiteit van het menselijke longepitheel en kan een verkeerd beeld geven van het toxische potentieel van nanomaterialen, ten goede of ten kwade.

"Hoewel dieren in de nabije toekomst nog steeds nodig zullen zijn in onderzoek, zijn '3D'-organoïden niettemin een opwindend vooruitzicht in ons onderzoeksveld en in onderzoek in het algemeen als menselijk equivalent en dierlijk alternatief."

Meer informatie: Rahaf Issa et al., Functionerende menselijke longorganoïden modelleren de respons van longweefsel op blootstelling aan koolstofnanomateriaal, Nano Today (2024). DOI:10.1016/j.nantod.2024.102254

Journaalinformatie: Nano vandaag

Aangeboden door Universiteit van Manchester




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Waarvan zijn nucleïnezuren gemaakt?
  2. Stuctuur van een celmembraan
  3. Een nieuwe methode voor enzymatische synthese van potentiële RNA-therapieën
  4. Wisseling van de wacht - onderzoek werpt licht op hoe planten ademen
  5. Rangorde gebruiken om complexe genetische interacties te identificeren
  6. Wat is de functie van tracking-kleurstof in gelelektroforese?
  7. Lake Michigan watervogels botulisme sterfgevallen in verband met warm water, algen
  8. Wetenschappers winnen de World Food Prize voor hun werk aan de Global Seed Vault
  9. Honden huilen meer als ze herenigd worden met hun baasjes

Wetenschap