Věda – umělá plíce pomocí počítačových čipů

0

Celý nápad je odvážně pojmenován „plíce na čipu“ a vznikl na jedné straně díky šikovnosti vědců z Harvardského Wysského Institutu a originálnímu nápadu na straně druhé. Celý proces zahrnoval samozřejmě i četné produkce a konstrukce na buněčné úrovni. Aby totiž šlo dosáhnout úspěchu, bylo nutno zkombinovat technologie z počítačové branže s moderními inženýrskými technikami pro výrobu živých tkání, lidských buněk a přirozeně byla potřeba i malá vakuová pumpa, aby byl dojem živého dýchání dokonalý. Zařízení imituje funkci nejaktivnější části plic – oné hranice mezi vzduchovým sklípkem a krevním oběhem.

Prodám sklípek, zn. plicní

Jelikož má tento „orgán na čipu“ na bakterie nebo vzdušné nečistoty stejnou odezvu jako skutečný plicní sklípek, přímo se nabízí využít jej k testování nových plicních léků a postupů. Tímto by se dala zkusit kromě relevance léku i jeho bezpečnost (jestli třeba stěnu časem neucpává apod.) a v neposlední řadě i toxicitu. Příznivce nejrůznějších „zelených“ organizací pak jistě potěší informace, že podobné vynálezy napomohou zredukovat počty testů prováděných na zvířatech. Ve druhém kole se počítá i s většími systémy plic na čipu, které se po zkombinování s buňkami přímo z pacientova těla využijí k vytvoření individuální terapie a léku (buňky konkrétních jedinců se chovají v různých situacích trochu jinak, jelikož co člověk, to originál).

Zařízení má rozměr zhruba běžné mazací gumy, což je sice poměrně jedno, ale pořád se jedná o skladnější řešení, nežli skutečný simulátor plicního provozu. Vše by se pochopitelně neobešlo bez toho, aby tento vynález byl skrz naskrz průhledný, vědci tak získávají ideální vrátka ke zkoumání všech pochodů uvnitř. Také se nechali slyšet, že se počítá s testováním absorpce léků podávaných v podobě běžných sprejů. Rovněž padlo, že podobný nástroj v sobě ukrývá nemalý potenciál na zrychlení celého procesu testování léků. To logicky znamená i rychlejší vývoj ze strany farmaceutických firem a laboratoří plus následnou rychlejší distribuci léku mezi lidi. Nezávislost na konvenčních metodách má přínos i čistě finanční. Vědci odhadují, že se jim právě takto podaří překonat hranice dvou milionů dolarů potřebných k otestování jednoho podobného léku.

Průhledná plíce, zdroj: Harvard

Ale nechme promluvit vědce samotné, konkrétně pana Donalda Ingbera, jinak jednoho z autorů studie: „Schopnost našeho zařízení nazvaného plíce na čipu předpovídat absorpci vzdušných nano- a mikročástic, stejně jako schopnost imitovat okamžitou odezvu mikrobiálních patogenů je důkazem principu o tom, že umělé orgány mají potenciál nahradit v budoucnu řadu testů na zvířatech.“

Do dnešní doby byly podobné umělé imitace orgánů omezeny vždy buď mechanicky, nebo biologicky, sdělil dále Ingber a ještě doplnil: „Nemůžeme doopravdy pochopit, jak biologie funguje, dokud ji nevidíme i z fyzikálního kontextu reálných a živých buněk, tkání a orgánů.“

Konkrétně u plic dochází (mírně zjednodušeně řečeno) k tomuto: s každým nádechem vzduch vstupuje do plic, vyplňuje mikroskopické vzduchové sklípky zvané alveoly a přenáší kyslík skrze tenkou, ohebnou a propustnou membránu sklípků do našeho krevního oběhu. A je to přirozeně právě tento proces plicní propustnosti, kterému vděčíme za to, že vůbec žijeme. Jako by toho už tak nebylo málo, tento systém je zároveň i jakousi „policejní stanicí“, která s vysokou účinností detekuje a zadržuje patogeny typu vdechnuté bakterie.

Struktura plíce, zdroj: Harvard

Přínos vynálezu je také v tom, že jako vůbec první podobný produkt přináší při konstrukci plic na čipu zcela nový přístup k věci. Konkrétně máme na mysli konstrukci oné pórovité a ohebné membrány mezi vrstvou vzduchu a jakoby živých buněk. Namísto svalů je ve vynálezu použito (kromě nových konstrukčních přístupů) zejména materiálů připomínajících svými vlastnostmi gumu.

Další z členů týmu, pan Dan Hun, má k věci rovněž pár zajímavostí: „Inspirovali jsme se v tom, jak proces dýchání funguje u lidí, zkrátka vytváříme pohybem bránice vakuum, které saje dovnitř vzduch a takto způsobí i roztažení plicních sklípků. Shrnuto a podtrženo, náš přístup maximálně imituje přírodu a procesy v ní.“

Aby vědci zjistili, jak efektivní jejich vynález je, nechali plíce na čipu vdechnout bakterii E. Coli. Zavedli ji do vzduchového sklípku a přitom skrze něj zároveň nechali obíhat i „krev“. Plicní buňky bakterii detekovaly a přes membránu aktivovaly bílé krvinky, které na oplátku díky své imunitní proti-reakci spustily imunitní odezvu a bakterii zničily.

Ve druhém případě byla k testu použita běžná nanočástice, které se dnes již objevují ve stovkách reálných aplikací (či jako forma znečištění) a naopak málokdo si zatím lámal hlavu s jejich vlivem na zdraví. Po přivedení podobných částic došlo ke zvýšené produkci volných radikálů a celkovému podráždění daného místa. Mnoho z nanočástic ovšem prošlo i přímo do krevního oběhu, což je proces, kterému právě dýchání obrovsky napomáhá. Toxicita dnešních nanočástic je ovšem téma, které je již trochu mimo záběr dnešního článku.

Vědci však i přes nový dostupný testovací nástroj zachovávají zdravý skepticismus a nepouštějí se do nijak odvážných spekulací, kam nás podobný výzkum zavede. Jistý je však minimálně originální přístup k novému objevu, který vynálezcům již nikdo nevezme. Mimochodem, již se pracuje na bijícím srdci na čipu, takže dříve či později se jistě dočkáme víceméně funkční repliky lidského organismu.

Vypadá to, že se jednou opravdu staneme hybridy mezi robotem a člověkem. Čipy už v sobě nosíme přes 50 let. Více v článku Člověk počítačem, nebo počítač člověkem.

Zdroj: Harvard

Věda – umělá plíce pomocí počítačových čipů

Ohodnoťte tento článek!