Epiteliální buňky z lidského nosu na mikročipu

Lidské buňky na strohém mikročipu, to na čtenáře většinou dýchne atmosférou poněkud znepokojivé science fiction. Proč bychom měli propojovat natolik odlišné světy; horečnatě živé, nesmírně chaotické a přesto smysluplné buněčné struktury, se studeně precizními tvary křemíku? Na druhou stranu, proč ne? Koexistujeme v jednom vesmíru a když takové spojení bude fungovat, tím lépe.

Velmi zajímavý biočip vyvinuli Wei Wang a Zhi Ping Wang z Institutu technologií výroby singapurské Agentury pro vědu, technologie a výzkum ((A*STAR), De Yun Wang z Národní univerzity Singapuru a jejich spolupracovníci. Jde o první mikrofluidní zařízení, které umožňuje přímé pozorování řasinek epiteliálních buněk usazených na polyesterové membráně, zejména frekvenci jejich pohybů. Wang a spol. vytvořili tenhle umělý bionický systém kvůli pozorování látek znečisťujících vzduch na buňky horních cest dýchacích.

Horní část dýchacího ústrojí funguje jako první linie obrany vůči nebezpečným věcem ve vzduchu, jako jsou nejrůznější patogeny, toxické látky anebo třeba alergeny. Buňky řasinkového epitelu jsou vybaveny řasinkami, které se při podráždění koordinovaně kývají tam a zase zpět. Sladěný pohyb řasinek napomáhá odstranit cizorodé materiály a představuje významný ochranný mechanismus sliznice dýchacích cest.

Vědci biočip postavili ze skla a z průhledného tvarovatelného polymeru, aby mohli pozorovat chování buněk. Dovnitř umístili membránu navrženou tak, aby podporovala růst lidských buněk řasinkového epitelu z nosu. K těmto buňkám pak průduchem vháněli nezávadný anebo kontaminovaný vzduch a sledovali, co se bude dít. Pět týdnů po osazení membrány lidskými kmenovými buňkami, z nichž se diferencuje nosní epitel ve vzorcích pozorovali tvorbu pohyblivých řasinek. Frekvence jejich pohybu se sice mezi jednotlivými vzorky lišila, ale rozdíly obvykle nepřesáhly pár hertzů.

Když k buňkám řasinkového epitelu pustili normální vzduch tak Wang a spol. zaznamenali pokles průměrné frekvence pohybu řasinek asi o 3 procenta. Když napumpovali do vzduchu formaldehyd, v koncentraci 0,5 miligramu na metr krychlový a ten pak vpustili do biočipu, řasinky se rozpohybovaly naopak rychleji, o 7,4 procenta v porovnání s průměrnou frekvencí.

Další zvýšení koncentrace formaldehydu ve vzduchu analyzovaném biočipem mělo už docela dramatické důsledky. Když koncentraci zvedli na 1 miligram v metru krychlovém vzduchu, tak se řasinky rozkmitaly jako zběsilé, o téměř 140 procent rychleji oproti průměru. Vzestup koncentrace formaldehydu ve vzduchu na 3 miligramu v metru krychlovém vzduchu sice poněkud překvapivě vedl k poklesu frekvence pohybu řasinek, důvodem ale nejspíš bylo nenávratné poškození buněk biočipu formaldehydem.

Podobné mikrofluidní čipy s lidskými buňkami mají už docela blízko k realistickým praktickým aplikacím. Bude s nimi možné testovat toxicitu rozmanitých látek, mechanismy toxicity, vyhledávat nové účinné léky na specifické obtíže anebo třeba odhadovat rizika znečisťujících látek v životním prostředí. Podle Wanga je jejich technologie slibná pro vývoj nových typů chemických analýz, pro monitorování životního prostředí, také pro rozvoj diagnostiky v medicíně a v neposlední řadě pro výzkum buněk a jejich interakcí s prostředím.

Autor: RNDr. Stanislav Mihulka Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použité zdroje:  

(orig). Lab on Chip 14: 677–680 (2014).

(doplň.) Agency for Science, Technology & Research (A*STAR), Singapore 10. 9. 2014.