Επιστήμονες στην Ιαπωνία δημιούργησαν ζωντανό δέρμα που φωσφορίζει όταν αυξάνεται η φλεγμονή μέσα στο σώμα, δημιουργώντας ένα βιολογικό σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης για ασθένειες. Η ερευνητική ομάδα τροποποίησε γενετικά βλαστοκύτταρα ανθρώπινου δέρματος ώστε να φωσφορίζουν όταν εκτίθενται σε φλεγμονώδη μόρια τα οποία αυξάνονται κατά τη διάρκεια των ανοσολογικών αποκρίσεων. Μεταμόσχευσαν τμήματα αυτού του τροποποιημένου δέρματος σε ποντίκια, όπου ενσωματώθηκαν με επιτυχία και συνέχισαν να λειτουργούν για πάνω από έξι μήνες. Κάθε φορά που οι ερευνητές πυροδότησαν φλεγμονή, το επίθεμα γινόταν πιο φωτεινό.
Η καινοτομία αυτή προσφέρει κάτι που οι τρέχουσες τεχνολογίες δεν μπορούν: παρατεταμένη και άμεση παρακολούθηση της φλεγμονής μέσα στο σώμα. Ενώ οι φορετές συσκευές παρακολουθούν τον καρδιακό ρυθμό ή τα βήματα, δεν μπορούν να ανιχνεύσουν τις φλεγμονώδεις διαδικασίες που προκαλούν πολλές χρόνιες ασθένειες που εξελίσσονται σιωπηλά με τον χρόνο.
Κύτταρα που «απαντούν»
Το κλειδί ήταν η επιλογή του σωστού τύπου κυττάρου. Τα βλαστοκύτταρα του δέρματος βρίσκονται φυσικά στο βαθύτερο στρώμα του δέρματος και παράγουν συνεχώς νέα κύτταρα καθ’ όλη τη διάρκεια της ζωής. Οι επιστήμονες τα τροποποίησαν ώστε να παράγουν μια φθορίζουσα πρωτεΐνη κάθε φορά που φλεγμονώδη σήματα ενεργοποιούν τους υποδοχείς τους.
Μετά από μια πειράματα, οι ερευνητές κατέληξαν σε μια φόρμουλα που παρήγαγε την ισχυρότερη λάμψη. Η ομάδα δημιούργησε πραγματικό δερματικό ιστό, τοποθετώντας τα τροποποιημένα κύτταρα σε στρώσεις μαζί με άλλα συστατικά του δέρματος. Μέσα σε λίγες ημέρες, ο ιστός που αναπτύχθηκε στο εργαστήριο ανέπτυξε πολλαπλά στρώματα που έμοιαζαν και λειτουργούσαν σαν πραγματικό δέρμα.
Τεχνολογία ζωντανών αισθητήρων
Οι ζωντανοί ιστοί υπερτερούν των τεχνητών συσκευών λόγω της εξαιρετικής ευαισθησίας τους. Μόρια φλεγμονής, όπως το TNF-α, υπάρχουν σε πολύ μικρές ποσότητες και διασπώνται μέσα σε 15 λεπτά στην κυκλοφορία του αίματος. Οι αιματολογικές εξετάσεις μπορεί να μην τα εντοπίσουν, εκτός αν ληφθεί αίμα τη σωστή στιγμή.
Τα κύτταρα λειτουργούν ως βιολογικοί ενισχυτές. Όταν ένα φλεγμονώδες μόριο δεσμεύεται σε έναν υποδοχέα, πυροδοτεί μια σειρά αντιδράσεων μέσα στο κύτταρο, πολλαπλασιάζοντας το σήμα μέχρι να γίνει ορατό. Είναι σαν ένας ψίθυρος που ενισχύεται σταδιακά μέχρι να μετατραπεί σε κραυγή. Τα τροποποιημένα κύτταρα έδειξαν επίσης επιλεκτικότητα καθώς ανταποκρίνονταν μόνο σε συγκεκριμένα φλεγμονώδη σήματα, αγνοώντας άλλα μόρια και μειώνοντας τις ψευδείς ειδοποιήσεις.
Όταν οι επιστήμονες μεταμόσχευσαν το τροποποιημένο δέρμα σε ποντίκια, παρατήρησαν ότι ο ιστός επιβίωσε και ωρίμασε, αποκτώντας πάχος και δομές παρόμοιες με αυτές του ανθρώπινου δέρματος. Το επίθεμα παρέμεινε σταθερό για πάνω από 200 ημέρες, με τα βλαστοκύτταρα να διαιρούνται συνεχώς και να δημιουργούν νέα κύτταρα που διατηρούσαν τις γενετικές τροποποιήσεις- χωρίς μπαταρίες ή εξωτερική συντήρηση.
Δύο μήνες μετά τη μεταμόσχευση, οι ερευνητές εξέτασαν αν τα επιθέματα εξακολουθούσαν να λειτουργούν. Έγχυσαν φλεγμονώδη μόρια κοντά στα σημεία μεταμόσχευσης και τα παρακολούθησαν. Μέσα σε 24 ώρες, διαπίστωσαν ότι τα επιθέματα έλαμπαν πιο έντονα. Η μέγιστη φωτεινότητα εμφανίστηκε την πρώτη ή τη δεύτερη ημέρα και στη συνέχεια εξασθενούσε σταδιακά καθώς η φλεγμονή υποχωρούσε, όπως πρέπει να κάνει ένα σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης. Τέσσερις εβδομάδες αργότερα, η απόκριση ήταν εξίσου ισχυρή, αποδεικνύοντας την ικανότητα ανίχνευσης φλεγμονής επανειλημμένα με την πάροδο του χρόνου.
Παρακολούθηση φλεγμονής για πρόληψη ασθενειών
Η ομάδα προχώρησε ένα βήμα παραπέρα, ελέγχοντας αν τα επιθέματα θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν φλεγμονή που προκαλείται από το ίδιο το ανοσοποιητικό σύστημα. Όταν εισήγαγαν βακτηριακά συστατικά, τα επιθέματα δεν αντέδρασαν απευθείας στα βακτήρια, αλλά εντόπισαν μόρια φλεγμονής που απελευθερώθηκαν από τα ανοσοκύτταρα των ποντικιών ως αντίδραση στην απειλή.
Αυτό σημαίνει ότι το σύστημα μπορεί να παρακολουθεί την συνολική ανοσολογική απόκριση του οργανισμού και όχι μόνο ένα συγκεκριμένο μόριο. Το επόμενο βήμα είναι η εφαρμογή αυτής της προσέγγισης σε παρατεταμένη παρακολούθηση φλεγμονής, η οποία σχετίζεται με πολλές χρόνιες ασθένειες που εξελίσσονται αθόρυβα πριν εμφανιστούν τα συμπτώματα.
Η ίδια προσέγγιση θα μπορούσε να επεκταθεί για ανίχνευση ορμονών, δεικτών στρες ή μεταβολικών αλλαγών, ανοίγοντας νέους δρόμους για παρακολούθηση της υγείας σε πραγματικό χρόνο.
Επόμενα βήματα
Η τρέχουσα μελέτη χρησιμοποίησε ποντίκια με εξασθενημένο ανοσοποιητικό σύστημα, επομένως η λειτουργία σε ανθρώπους χρειάζεται περαιτέρω δοκιμές. Η ασφάλεια, η μακροχρόνια λειτουργία και η κοινωνική αποδοχή είναι ζητήματα που επίσης πρέπει να αντιμετωπιστούν.
Παρά τις προκλήσει αυτές, η δυνατότητα εμφύτευσης ζωντανών κυττάρων που προειδοποιούν για φλεγμονή καθώς αυτή αναπτύσσεται, υποδεικνύει μια εντελώς νέα προσέγγιση στην πρόληψη ασθενειών και την υγειονομική παρακολούθηση.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό NatureCommunications.
