2-qism. Sichqon o‘rniga chip: qanday qilib tajriba quyonchalari o‘rnini chiplar egallamoqda?
Biotibbiyot, biokimyo tadqiqotlari, hayvonlar ustida tajribalar, tajriba quyonchasi, chiplar va "Tutun tarqaganda" loyihasi haqida tanishing.
11 min
28.06.2023
Biologiya va tibbiyot

Maqolaning 1-qismini bu yerda o‘qing → sinaps.uz/maqola/14860


Hujayra kulturasi hayvonlardan voz kechishga yaxshi muqobil hisoblanadi. Bugungi kunda turli toʻqima va organizmlardan har xil hujayralarni, jumladan, odamlarga tegishli hujayralarni ham yetishtirish mumkin.

Eng qadimgi yaratilgan inson hujayra kulturasidan biri, HeLa hujayra liniyasi edi. Bu madaniyat 1951-yilda Genriyetta Laks (Henrietta Lacks) ning bachadon boʻyni saraton oʻsimtasidan olingan. Bemor oʻsha yilning oʻzida ushbu kasallikdan vafot etgan.

Ushbu kulturaning oʻziga xos xususiyati shundaki, u oʻlmas, yaʼni bu kulturaning hujayralari Xeyflik chegarasiga (bu somatik boʻlinishlar sonining chegarasi) ega boʻlgan, oddiy sogʻlom hujayralardan farqli oʻlaroq cheksiz boʻlinishi mumkin. Koʻpgina saraton oʻsmalarida boʻlgani kabi HeLa hujayralari xromosoma DNKsining uchlarida telomerlarni hosil qiluvchi telomeraza fermentini sintez qiladi va bu ularga abadiy boʻlinish imkonini beradi.

Mikroskop ostida HeLa hujayralarining koʻrinishi.

Hozirda olimlar faqatgina saraton hujayralarini yetishtirmayapti. Odatda hujayra madaniyati ikki turga boʻlinadi: birlamchi, yaʼni toʻgʻridan toʻgʻri tirik toʻqimalardan ajratilgan va abadiylashtirilgan. Bunga misol HeLa liniyasi. Olimlar deyarli hamma narsadan, shu jumladan, epiteliy va inson embrion buyrak hujayralaridan olingan, turli hujayra liniyalari bilan ishlashi mumkin. Mavjud hujayra liniyalarining butun boshli maʼlumotlar bazalari mavjud boʻlib, u yerda hujayralarning xususiyatlari, qayerdan olingani, qanday yetishtirilgani va qanday xususiyatlarga ega ekani haqida batafsil maʼlumotni topish mumkin.

In Vitro modellarning afzalligi shundaki, ularda sinovlar oʻtkazish tez, arzon va oʻrganilayotgan birikmalarning oʻziga xos taʼsir mexanizmlarini tahlil qilish imkonini beradi. Biroq odatdagi hujayra kulturasida (yaʼni biriktirilgan) yoki kolbalarda (suspenziya shaklidagi) yetishtirilgan anʼanaviy hujayra kulturalari imkoniyati cheklangan. Chunki ular inson tanasiga xos boʻlgan, haqiqiy sharoitlardan juda uzoqdir. Petri idishining tubida yetishtirilgan 2D hujayralar kulturasi real sharoitlarda hujayralararo aloqani to‘liq imitatsiya qila olmaydi.

Ushbu muammolarni hal qilish uchun soʻnggi yillarda tadqiqotchilar fiziologik tizimlarga yaqinroq boʻlgan tizimlarda hujayralarni yetishtirish usullarini qidirdi. Keyin bir-biri bilan koʻproq fiziologik taʼsirlashadigan hujayralarning 3D modellarini ishlab chiqish gʻoyasi paydo boʻldi.

Olimlar allaqachon bu sohada maʼlum yutuqlarga erishdi. Bugungi kunda 3D modellar dorilar samaradorligi va toksikligini baholash uchun keng qoʻllaniladi. Bularga muvaffaqiyatli misol hBR-ALI hujayra tizimidir. Bu madaniyat inson bronxial 3D organotipik kulturasidir. Havo va suyuqlik fazalari oʻrtasida chegara yaratilib, olimlar havo oʻpka toʻqimasi — bronxlardagi real sharoitlarga yaqinlashishga harakat qildi. Ushbu model bazal, kipriksimon va qadahsimon hujayralaridan iborat, qutblangan epiteliy hosil boʻlishiga imkon beradi. hBR-ALI nafas olish yoʻllari epiteliysi xususiyatlarining In Vitro tadqiqotlarida yordam beradi, chunki bu madaniyat morfologik jihatdan inson nafas yoʻllarining mikro muhitiga juda mos keladi.

hBR-ALI In Vitro modeli bazal, kipriksimon va qadahsimon hujayralardan iborat, qutblangan koʻp qatlamli epiteliy hosil boʻlishiga imkon yaratadi.

Biroz kremniy qoʻshamiz

Olimlar shu bilan toʻxtab qolmadi, faqatgina alohida hujayralarni birlashtirish bilan cheklanmasdan, haqiqiy organga taqlid qiladigan muhandislik tizimini yaratishga qaror qildi. “Chipdagi organlar” uch oʻlchamli hujayra kulturasining tabiiy sharoitlarni imitatsiya qiladi, aslida u mini a’zodir. Chipdagi a’zoning har bir turi maʼlum bir organga turlicha imitatsiya qilsa-da, ularning aksariyat xususiyatlari bir xil. Ular koʻpincha endotelial hujayralarni oʻz ichiga olgan qon tomir boʻlimi va imitatsiya qilinayotgan toʻqima yoki organ hujayralarini jamlagan organ boʻlimidan iborat. Hujayra birlashishi, hujayralarni ajratish va ikkala boʻlim oʻrtasida hujayralararo aloqaga erishish uchun odatda boʻlimlar oʻrtasida gʻovaksimon polimer membrana joylashgan boʻladi.

In Vitro chipdagi organ tizimlari mikroflyuid yoki mikrosuyuqlik tizimlari deb ham ataladi. Bu shisha predmetga biriktirilgan asos materialdagi polimerga oʻyilgan yoki qoliplangan mikrokanallar tarmogʻidir.

Ushbu tizimlar organ mikromuhiti tarkibiy qismlarining fiziologik va patologik miqdori chegaralarini simulyatsiya qilish imkonini beradi. Ushbu sohadagi soʻnggi yutuqlar, shuningdek, tirik organlarning patofiziologiyasini simulyatsiya qilish uchun organga xos suyuqlik oqimini va mexanik deformatsiyani taqlid qila oladigan, mexanik faol mikrotizimlarni ishlab chiqishga imkon berdi. Misol uchun, bunday mikrotizimlar yordamida hujayra bilan qoplangan membranalarni choʻzib, ichak harakatlarini yoki oʻpkaning nafas olish harakatini imitatsiya qilish mumkin.

Shuningdek, olimlar modulli qurilmalar yordamida chipning muhitiga dori vositalari, turli kimyoviy modda hamda toksinlarni kiritish orqali organning reaksiyasi va xatti-harakatlarini tekshirishi mumkin. Bu bosim regulyator, shpris, nasoslar yordamida quvur yoki oddiy teshiklar orqali amalga oshiriladi. Baʼzi hollarda bir nechta organlar qanday ishlashini va ular bir-birining biologiyasiga qanday taʼsir qilishini tushunish uchun chiplarni qatorasiga ulash mumkin. Shuningdek, mikrofluid qurilmalar elektrodlar va turli nanotuzilmalar bilan integratsiyalashgan holda texnik jihatdan murakkablashtirilishi mumkin.

PMI Science olimlari chipda inson jigar hujayralari bilan birga oʻpka hujayralarining uch oʻlchovli kulturasini yetishtirishga muvaffaq boʻldi. Bunday tizimda hujayra madaniyati maxsus suyuqlik kanali orqali oʻzaro bogʻlangan boʻlib, madaniy muhitning aylanish tezligi va yoʻnalishini hatto smartfondan ham boshqarish mumkin. Ushbu suyuq kanalchalar kulturalar orasidagi muhitni ajratish va hujayralar oʻrtasida toʻgʻridan toʻgʻri aloqa qilmasdan, ularning aloqasini taʼminlash imkonini beradi. Hammasi real hayotdagi kabidir, axir inson oʻpka hujayralari jigar hujayralariga “teginmaydi”, lekin ayni paytda ular funksional ravishda bir-birlariga bogʻlangan boʻladi.

nplus1.ru

Jigarga taqlid qilish uchun olimlar gepatotsit hujayra liniyasidan – jigar hujayralaridan foydalangan. Oʻpka ham biz yuqorida aytib oʻtgan hBR-ALI tizimiga oʻxshash tamoyilga koʻra modellashtirildi. Natijada bir xil turdagi epiteliysi boʻlgan 3D tuzilma hosil boʻldi. “Chipdagi oʻpka/jigar” tizimidan foydalanib, olimlar oʻpka va jigar oʻrtasidagi yaqin aloqani koʻrsatishga muvaffaq boʻldi. Ular tizimga aflatoksin B1 – jigar toksini va baʼzi zamburugʻlar tomonidan ishlab chiqariladigan kanserogenni qoʻshdi. Jigar hujayralari toksin taʼsirini zararsizlantirdi, “oʻpka”ni zaharli taʼsirlardan himoya qildi. Bunday tizim inson oʻpkasi va jigari oʻrtasidagi funksional munosabatlarni juda real tarzda namoyish etadi va bir qator klinik oldi sinovlarga yoʻl ochadi.


A’zolardan tanaga

“Chipdagi organlar”dan keyingi kutilgan bosqich haqiqiy “chipdagi tana”ni, yaʼni nafaqat bir juft alohida aʼzolardagi oʻzaro bogʻliqlikni taqlid qilish imkonini beradigan, balki amalda butun organizmni ifodalaydigan, yanada murakkab va koʻp qirrali muhandislik tizimi – koʻp organli tizimni ishlab chiqish edi.

Garvard qoshidagi Viss instituti olimlari butun boshli “chipdagi odam”ni ishlab chiqdi. 2020-yilda ular bir chipda oʻntagacha turli aʼzoni oʻstirishni taʼminlaydigan, yuqori modulli Interrogator platformasini taqdim etdi. Bu tizim suyuqliklarni endoteliy hujayralari bilan qoplangan “tomirlar” oʻrtasida ketma-ket ravishda oʻtkaza oladi (bunday zanjir organlar orasida inson qon oqimini imitatsiya qiladi).

Interrogator tizimi hayratlanarli darajada murakkab, chunki u toʻliq dasturlashtiriladigan, avtomatlashtirilgan usulda “inson aʼzolari”ni yetishtirish, perfuziyalash va bogʻlash imkonini beradi. Bu shunchaki turli “aʼzolarni” bogʻlaydigan tizim emas, u suyuqliklarni pipetka bilan olib, uzatadigan va shu bilan birga oʻrnatilgan mikroskop va kamera yordamida jarayonlarni kuzatadigan haqiqiy robotdir. Ushbu uskunaning ishlashi paytida nimalar sodir boʻlishini soʻz bilan tasvirlash qiyin.

Garvard olimlari COVID-19ʼni ham eʼtiborsiz qoldirmadi. Ular In Vitro chipidagi organda inson oʻpkasining havo yoʻllarini imitatsiya qiluvchi tizim ishlab chiqdi. Ushbu tizimdan foydalanib, olimlar bezgakka qarshi preparat — amodiaxinning SARS-CoV-2ʼga taʼsirini aniqladi. Hozirda klinik sinovlar oʻtkazilmoqda. Yaxshisi quyidagi videoni tomosha qiling: video ingliz tilida.

Dunyo boʻylab koʻplab ilmiy guruhlar hozirda anʼanaviy “tekis” hujayra tizimlaridan foydalangan holda mavjud dori-darmonlarning COVID-19ʼga qarshi samaradorligini sinovdan oʻtkazmoqda. Lekin siz allaqachon bilganingizdek, Petri idishida oʻstirilgan hujayralar oʻzini real hayotdagi, tirik odam tanasida boʻlgan hujayralar kabi tutmaydi. Shu sababli klinik oldi sinovlarda samarali deb topilgan koʻplab dorilar bemorlarda ish bermayapti.

Olimlar sakkizta mavjud dori-darmonlarni, jumladan, gidroksixloroxin va xloroxinni (ushbu preparatlardan pandemiyaning birinchi toʻlqinida koʻp marta foydalanilgan) oʻrganib chiqdi va ularning meʼyordagi holatda hujayra kulturasidagi In Vitro sharoitida SARS-CoV-2ʼga qarshi faol ekanini aniqladi. Biroq ularni SARS-CoV-2 virusi bilan kasallangan chipdagi oʻpkada boʻlgan murakkabroq tizimda sinovdan oʻtkazganda olimlar dorilarning aksariyati, hattoki gidroksixloroxin va xloroxin ham samarasiz ekanini aniqlashga muvaffaq boʻldi (mutaxassislarning bezgakka qarshi ushbu preparatlarni qanday qilib kovidni davolashga moslashtirishga harakat qilgani haqida biz “Omadsizlik gʻildiragi” maqolasida aytib oʻtganmiz).

Ammo bezgakka qarshi yana bir dori – amodiaxin virus yuqishining oldini olishda juda samarali boʻldi. Keyinchalik bu natijalar yetishtirilgan hujayralarda va yuqumli COVID-19ʼning SARS-CoV-2 virusi yordamida laboratoriya hayvonlari modelida tasdiqlangan.

Berlin texnika universiteti va Drezdendagi Fraungofer instituti olimlari Rossiyaning “BioKlinikum” ilmiy-texnika markazi tadqiqotchilari bilan birgalikda uzoq vaqtdan beri butun boshli “chipdagi odam”ni ishlab chiqmoqda. Germaniyalik biologlar va rus muhandislari oʻrtasidagi hamkorlikning asosiy natijasi “Gomunkulus” nomli mikrobioreaktor boʻldi. Bu amalda oltita tizimning ishlashiga va kelajakda toʻqima hamda organlarning oʻn xil hujayrani modellashtirish imkonini beradi (bu haqda batafsilroq “Chiplarda sinov o‘tkazamiz” maqolasida oʻqishingiz mumkin).

Biroq “Gomunkulus”ni ishlab chiquvchilarning fikriga koʻra, butun boshli “chipdagi odam”ni yigʻishning hojati yoʻq. Bunda tibbiyot va farmakologiyaning aniq vazifalari uchun muhim boʻlgan, individual tana tizimlari faoliyatiga toʻliq imitatsiya qilish kifoya.

“BioKlinikum”ning yana bir qiziqarli loyihasi bu – inson plasenta toʻsigʻining (yoʻldosh) mikrofiziologik modeli yoki chipdagi platsentadir. Platsenta – homiladorlik davrida inson tanasida muhim rol oʻynaydigan, yuqori darajada ixtisoslashgan organ. Turli mutaxassislar fikriga koʻra, dorilarning faqat 15 foizigina homiladorlik davrida foydalanish uchun tasdiqlangan, chunki tadqiqotchilar dori vositalarining harakati va rivojlanayotgan homilaga taʼsiri haqida yetarli maʼlumotga ega emas.

Siz harqalay mana shunday muammo haqida hatto COVID-19ʼga qarshi emlash paytida ham yoki boshqa dorilar uchun koʻrsatmalarni oʻqiyotganingizda ham eshitgan boʻlsangiz kerak. Homiladorlik davrida ularning ona va bolaga taʼsiri haqida rasmiy maʼlumotlar yoʻqligi sababli hatto zararsiz dorilardan ham foydalanishda cheklovlar bor. In Vitro tizimi homiladorlik paytida qabul qilinadigan dori-darmonlarni ishlab chiqishda katta yordam bergan boʻlardi.


Sichqonlarsiz ham ishlasa boʻladimi?

Chipdagi organ yoki chipdagi tana kabi In Vitro tizimlar tibbiy tadqiqotlar sohasida katta “texnologik sakrash”dir. Ular hayvonlarda oʻtkaziladigan klinik oldi sinovlarning oʻrnini toʻliq bosa oladimi? Bu juda mavhum savol. Bugungi texnologik taraqqiyot chegaralarini oldindan aytish qiyin masala. Baʼzi olimlarga koʻra, In Vitro modellari tananing tizimli reaksiyalarini takrorlay olmaydi va shuning uchun hayvonlarda sinovlar muqarrarligicha qoladi.

Bugungi kundagi “chipdagi organlar” “oddiy kasallik”larni va hujayraga xos dori taʼsirini aniqlash uchun ayrim organlar hamda ularning funksiyalarini juda yaxshi takrorlay oladi. Biroq muammo surunkali kasalliklarga oʻtilganda ancha murakkablashadi.

Chiplardan foydalanish neyrodegenerativ kasalliklar sohasida juda cheklangan. Bu kabi kasalliklar In Vitro sharoitida modellashtirish uchun murakkablik qiladi. Hozircha insoniyat butun boshli tanaga taqlid qila olmaydi, faqatgina alohida organlarning turli oʻziga xos xususiyatlarini takrorlay oladi xolos. Organ emas, balki maxsus tajriba sharoitida hujayra madaniyati deb aytish yanada toʻgʻri boʻlar edi.

Ushbu maqola reklama emas, u tamaki mahsulotlaridan foydalanuvchilarni tamaki isteʼmolining zarari toʻgʻrisida ogohlantirish, aholini tamaki isteʼmolining zarari va tamaki tutunining boshqalarga yomon taʼsiri toʻgʻrisida xabardor qilish kabi ijtimoiy ahamiyatga ega maqsadlarni koʻzlaydi.


Muallif: Kyara Makiyevskaya.Ushbu maqola nplus1.ru saytidagi “Чип спешит на помощь. Как чипы (не те, о которых вы подумали) заменяют ученым лабораторных животных” nomli maqolaning tarjimasi.
Muqova surat: freepik.com

Matnda xato topdingizmi? Kerakli matnni belgilang va CTRL+ENTER tugmalarini bosing.

Eng so‘nggi maqolalarni o‘tkazib yubormang!
Telegram kanalamizni kuzatib boring!