ท่อน้ำดีวิศวกรรมชีวภาพเลียนแบบของจริง

โรคของท่อน้ำดีอาจนำไปสู่ภาวะทางการแพทย์ที่ร้ายแรง เช่น ตับแข็งในตับ และตับวายในที่สุด แต่การวิจัยเกี่ยวกับโรคเหล่านี้ และการรักษาที่เป็นไปได้สำหรับโรคเหล่านี้ รู้สึกท้อแท้เนื่องจากขาดแบบจำลองที่เหมือนจริงสำหรับเซลล์ที่ทำงานซึ่งอยู่ในท่อน้ำดี หรือที่เรียกว่า cholangiocytes นักวิจัยในเนเธอร์แลนด์ได้คิดค้นเทคนิคสองขั้นตอนที่ใช้ประโยชน์จากสเต็มเซลล์ที่นำมาจากตับของหนูเมาส์

เพื่อสร้างเซลล์ที่มีลักษณะคล้าย 

cholangiocyte (CLCs) CLCs มีลักษณะทางชีวภาพเหมือนกันกับ cholangiocytes ในร่างกายและการรวมเซลล์ที่มีเยื่อใยกลวงช่วยให้ทีมสามารถสร้างท่อน้ำดีที่เหมือนมีชีวิตซึ่งสามารถขนส่งกรดน้ำดีทั่วไปได้ หน้าที่หลักของท่อน้ำดี และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง cholangiocytes ที่เรียงตามพื้นผิว คือการขับของเสียออกจากตับ เช่น คอเลสเตอรอลที่มากเกินไป บิลิรูบิน และฮอร์โมน ตลอดจนยาและสารพิษ ความเสียหายใดๆ ที่เกิดกับเยื่อบุของท่อน้ำดีมักจะสามารถซ่อมแซมได้ด้วยเซลล์น้ำดีที่เพิ่มจำนวนขึ้นเอง แต่โรคทางเดินน้ำดีต่างๆ อาจเกิดขึ้นได้เมื่อกลไกทางธรรมชาตินี้พังทลายลง หากไม่ได้รับการรักษา cholangiopathies เหล่านี้มีศักยภาพที่จะแย่ลงเรื่อย ๆ และทำให้เกิดโรคตับอย่างรุนแรง

ระบบใหม่นี้นำเสนอวิธีใหม่ในการวิเคราะห์และปรับการทำงานของ cholangiocyte ในหลอดทดลอง อย่างที่ไม่เคยมีมาก่อนแม้ว่านักวิจัยจะสามารถเพาะเลี้ยงเซลล์ท่อน้ำดีปฐมภูมิจากสปีชีส์ต่างๆ ได้ แต่โดยทั่วไปแล้ววัฒนธรรมเหล่านี้สามารถอยู่รอดได้ประมาณสามหรือสี่สัปดาห์เท่านั้น ที่สำคัญกว่านั้น แบบจำลอง ในหลอดทดลองที่ได้รับการพัฒนามาจนถึงตอนนี้ยังไม่มีสรีรวิทยาที่เหมือนกันกับเซลล์ท่อน้ำดีตามธรรมชาติ

Chen Chen หัวหน้าทีมวิจัย จาก Utrecht University, Hubrecht Institute-KNAW และ University Medical Center Utrecht กล่าวว่า “สำหรับความรู้ของเรา ยังไม่มีรายงานแหล่งที่มาของเซลล์ต้นกำเนิดที่ยั่งยืนและมีเสถียรภาพทางพันธุกรรมที่สามารถแยกความแตกต่างออกเป็น cholangiocytes ที่ทำงานได้ “แม้ว่า cholangiocytes จะถูกสร้างขึ้นในหลอดทดลองจากเซลล์ต้นกำเนิด pluripotent ที่ถูกเหนี่ยวนำ แต่เทคนิคนี้ไม่มีประสิทธิภาพ ใช้เวลานาน และผลิตเซลล์ที่ถูกทำลายทางพันธุกรรม”

ตามรายงานของ Chen นักวิจัยเพิ่งพบว่า

อวัยวะจำนวนมาก รวมทั้งกระเพาะอาหาร ลำไส้ ตับ และตับอ่อน มีเซลล์ต้นกำเนิดจากผู้ใหญ่ที่สามารถแยกประเภทเซลล์ของอวัยวะแต่ละชนิดได้ ตัวอย่างเช่น ในตับ เซลล์ที่มีตัวรับจำเพาะ (Lgr5) สามารถแยกได้จากเนื้อเยื่อตับชิ้นเล็กๆ จากนั้นเซลล์เหล่านี้สามารถถูกสร้างให้เป็นออร์กานอยด์ ซึ่งเป็นโครงสร้าง 3 มิติที่มีคุณสมบัติทางชีวภาพเหมือนกับอวัยวะ โดยการสร้างสภาวะที่เลียนแบบสภาพแวดล้อมทางสรีรวิทยาที่เนื้อเยื่อสร้างใหม่หรือซ่อมแซมตัวเอง

จากการวิจัยก่อนหน้านี้ Chen และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนากระบวนการสร้างความแตกต่างสองขั้นตอนเพื่อสร้าง CLC ในหลอดทดลองจากอวัยวะในตับของหนูเมาส์ ขั้นตอนแรกใช้ประโยชน์จากไฮโดรเจลที่ประกอบด้วยคอลลาเจนและ Matrigel ซึ่งเป็นอาหารเลี้ยงเชื้อที่มีปัจจัยการเจริญเติบโตต่างๆ รวมทั้งส่วนประกอบเมทริกซ์นอกเซลล์ของเยื่อหุ้มชั้นใต้ดิน “ในขั้นตอนแรกนี้ อวัยวะในตับจะขยายตัวอย่างรวดเร็ว ทำให้เรามีแหล่งเซลล์ที่ ‘ไม่จำกัด'” เฉินอธิบาย “ในขั้นตอนที่สอง เราเสริมเซลล์ด้วยสารประกอบอีกสองชนิดเพื่อยับยั้งการเพิ่มจำนวนและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเซลล์”

CLCs มีความคงตัวทางพันธุกรรมและมีสัณฐานวิทยาและหน้าที่ทางชีวภาพเหมือนกันกับเซลล์ท่อน้ำดีปฐมภูมิ ยิ่งไปกว่านั้น การผสานเซลล์กับเยื่อใยกลวงที่เคลือบคอลลาเจนช่วยให้นักวิจัยสร้างโครงสร้างทางวิศวกรรมชีวภาพที่ดูเหมือนท่อน้ำดีตามธรรมชาติ

ระบบใหม่นี้นำเสนอวิธีใหม่ที่น่าตื่นเต้น

ในการวิเคราะห์และปรับการทำงานของ cholangiocyte ในหลอดทดลอง Chen กล่าวกับPhysics World “มันสามารถช่วยให้เราตรวจสอบ เช่น วิธีที่ cholangiocytes ป้องกันกรดน้ำดี และวิธีที่พวกมันควบคุมสภาวะสมดุลของกรดน้ำดี” เขากล่าว “การศึกษาเหล่านี้จะช่วยให้เราพัฒนาการรักษาโรคของระบบท่อน้ำดีได้”

นักวิจัยกล่าวว่าขณะนี้พวกเขากำลังพยายามสร้างท่อน้ำดีของมนุษย์โดยกระตุ้นโดยการทำงานของพวกเขาในเนื้อเยื่อของเมาส์ “เราจะทำการทดสอบวัสดุท่อต่างๆ ที่สามารถเลียนแบบสภาพแวดล้อมจุลภาคของตับได้ดีขึ้น” เฉินกล่าวเสริม

นาโนริบบอนถูกสร้างขึ้นเพื่อตรวจสอบว่ามีพฤติกรรมเป็นฉนวนทอพอโลยีหรือไม่ วัสดุดังกล่าวเป็นฉนวนไฟฟ้าเป็นกลุ่ม แต่นำไฟฟ้าเหมือนโลหะบนพื้นผิว คุณสมบัตินี้สามารถเกิดขึ้นได้จากปฏิสัมพันธ์ระหว่างการหมุนของอิเล็กตรอนและการเคลื่อนที่ของมัน ทำให้อิเล็กตรอนไม่สามารถกระเจิงเมื่อเคลื่อนที่บนพื้นผิวของวัสดุ

จุดดำเนินการในปี 2560 Steven Louieซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของทีม Berkeley ได้คำนวณว่า graphene nanoribbons สามารถเป็นฉนวนทอพอโลยีได้ เนื่องจากมันแคบมาก นาโนริบบ้อนจึงเป็นโครงสร้าง 1D โดยพื้นฐานแล้ว ซึ่งหมายความว่าพื้นผิวตัวนำทอพอโลยีของมันคือจุดศูนย์ (0D) ที่ทำตัวเหมือนโลหะนำไฟฟ้า จุดนี้มีอิเลคตรอนการนำไฟฟ้าเพียงตัวเดียว ซึ่งถึงแม้ชื่อจะเคลื่อนที่ไม่ได้ก็ตาม อย่างไรก็ตาม ถ้ามีจุด 0D อื่นอยู่ใกล้ ๆ อิเล็กตรอนสามารถควอนตัมอุโมงค์ระหว่างจุดเหล่านี้ได้

ในการคำนวณ Louie และเพื่อนร่วมงานแสดงให้เห็นว่าโทโพโลยีของกราฟีนนาโนริบบอนสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามความกว้างของนาโนริบบอน นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าจุดโลหะ 0D สามารถเกิดขึ้นได้ที่ขอบเขตระหว่างภูมิภาคที่มีความกว้างต่างกัน ดังนั้นจึงมีโครงสร้างที่แตกต่างกัน

ตอนนี้ กลุ่ม Berkeley และ EMPA/Max Planck ได้ยืนยันว่าจุดโลหะเหล่านี้มีอยู่จริง นอกจากนี้ ทั้งสองทีมยังสามารถออกแบบระบบที่อธิบายโดยแบบจำลอง สิ่งนี้ได้รับการพัฒนาครั้งแรกในปี 1970 เพื่ออธิบายตัวนำอินทรีย์และคาดการณ์ว่าสถานะทอพอโลยีแบบไม่มีช่องว่างควรมีอยู่ที่ปลายทั้งสองด้านของนาโนริบบอนที่มีความหนาสลับกัน

คิวบิตอาร์เรย์เช่นเดียวกับความสนใจขั้นพื้นฐานสำหรับนักฟิสิกส์ สถานะทอพอโลยีเหล่านี้ในนาโนริบบอนอาจมีการประยุกต์ใช้ทางเทคโนโลยี การหมุนของอิเล็กตรอนแต่ละตัวที่ติดอยู่ที่จุด 0D ตามแนวนาโนริบบอนสามารถใช้เป็นอาร์เรย์ 1D ของข้อมูลควอนตัมบิต (qubits) ได้ สามารถใช้เพื่อสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมซึ่งข้อมูลได้รับการประมวลผลโดยมีอุโมงค์อิเล็กตรอนจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง

Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >> ป๊อกเด้งออนไลน์