NIH finanțează cercetarea de la UVA pentru dezvoltarea unor modele avansate de țesuturi în laborator
Un cercetător de la Universitatea din Virginia a obținut un grant de 2,1 milioane de dolari de la National Institutes of Health pentru o perioadă de cinci ani, destinat dezvoltării unor modele avansate de țesuturi în laborator, care ar putea îmbunătăți testarea medicamentelor, să aprofundeze înțelegerea științifică a bolilor și să reducă necesitatea testării pe animale.
Grantul a fost acordat lui Steven R. Caliari, profesor asociat în departamentele de Inginerie Chimică și Inginerie Biomedicală de la UVA, prin programul Maximizing Investigators’ Research Award al NIH.
Laboratorul lui Caliari se concentrează pe dezvoltarea hidrogelurilor – materiale bogate în apă, concepute pentru a imita proprietățile fizice ale țesuturilor vii. Prin recrearea caracteristicilor cheie ale țesuturilor în laborator, cercetătorii pot înțelege mai bine modul în care celulele percep și răspund la semnalele mecanice, cum ar fi gradul de rigiditate sau elasticitate, care influențează sănătatea și bolile.
„Țesuturile au proprietăți atât de solide, cât și de lichide, prezentând caracteristici complicate în funcție de timp, care sunt dificile de recreat în materiale inginerite. Folosim o tehnologie care ne permite să utilizăm lumină pentru a crea versiuni ale acestor hidrogeluri care imită heterogenitatea mecanică a țesuturilor”, a declarat Caliari.
Cercetarea vizează o provocare majoră în știința biomedicală: înțelegerea comportamentului celulelor în cadrul țesuturilor complexe, fără a se baza exclusiv pe studii pe animale. Deși modelele animale pot captura complexitatea unui proces biologic, acestea pot face dificilă determinarea exactă a factorilor care conduc schimbările celulare.
Hidrogelurile lui Caliari pot fi concepute pentru a se concentra pe trăsături mecanice specifice, cum ar fi rigiditatea sau moliciunea, pentru a studia efectul acestora asupra țesutului înconjurător.
„Din perspectiva ingineriei, dorim să spunem: ‘Acest factor a dus la această schimbare în comportamentul celular’”, a afirmat Caliari. „Este nevoie de aceste sisteme reducționiste simplificate pentru a face acest lucru.”
Proiectul se va concentra pe fibroblaste, celule ale țesutului conjunctiv care joacă un rol esențial în vindecarea rănilor, dar care pot provoca și cicatrizare dăunătoare. Atunci când fibroblastele devin hiperactive, ele produc țesut cicatricial excesiv printr-un proces cunoscut sub numele de fibroză, care poate determina organele să devină rigide și să își piardă funcția. Fibroza contribuie la afecțiuni care afectează plămânii, rinichii, inima și alte organe.
Grantul susține trei teme interconectate de cercetare, menționează Caliari, care vizează construirea unor modele mai realiste ale țesuturilor umane. Prima temă va crea hidrogeluri care reproduc mai precis complexitatea mecanică și heterogenitatea țesuturilor vii. A doua va analiza modul în care fibroblastele comunică cu celulele imune în timpul procesului de cicatrizare și cum influențează mecanica țesutului acele interacțiuni. A treia va combina hidrogelurile cu tehnici avansate de bioprintare 3D bazate pe lumină pentru a crea modele de țesut care să semene mai mult cu arhitectura organelor umane.
Caliari a adăugat că UVA oferă un mediu ideal pentru acest tip de lucru, reunind expertiza în proiectarea hidrogelurilor, bolile fibrotice, interacțiunile celulare și alternativele emergente la testarea pe animale. Proiectul sprijină de asemenea poziții de studii postuniversitare și include colaborări cu membrii facultății de inginerie biomedicală, Dan Abebayehu și Chris Highley.
„Acesta este un bun exemplu al tipului de ecosisteme de cercetare care prosperă la UVA”, a declarat Caliari. „Există mulți oameni care lucrează în acest domeniu general și încearcă să se abată de la modelele animale pentru a dezvolta modele in vitro care să surprindă mai precis bolile umane. Lucrările mele se integrează perfect în acest context.”
„Dacă avem succes, lucrările ar putea produce un set de instrumente versatil pentru construirea unor modele realiste ale țesuturilor umane în laborator. Echipa lucrează de asemenea la scalarea tehnologiei prin formate de testare de mare capacitate care permit cercetătorilor să testeze simultan multe condiții experimentale.”
Un astfel de set de instrumente ar putea permite cercetătorilor să evalueze terapiile în modele de laborator care reflectă mai aproape pacienții individuali, îmbunătățind cercetarea și reducând dependența de testarea pe animale.
„Ce sperăm să facem este să reducem această povară asupra animalelor”, a afirmat Caliari. „Dacă proiectăm aceste materiale într-un mod potrivit, putem studia abordările terapeutice într-un mod specific pentru fiecare pacient.”
Granturile MIRA sunt diferite de cele obișnuite. Maximizing Investigators’ Research Award este remarcabil atât prin natura finanțării, cât și prin faptul că este al doilea grant obținut de Caliari în cadrul programului. Spre deosebire de un studiu singular, MIRA sprijină programul de cercetare al beneficiarului, oferind finanțare constantă și libertatea de a explora viziunea științifică într-un cadru mai larg decât permite un grant bazat pe proiect. Noul MIRA al lui Caliari se bazează pe primul său grant, care i-a recunoscut potențialul în timp ce își stabilea laboratorul la UVA.
„Flexibilitatea unui MIRA îl face rar, dorit, dar și foarte competitiv”, a declarat profesorul Ayman Karim, președinte al departamentului de inginerie chimică. „A obține unul este impresionant. Al doilea este cu adevărat o validare a importanței cercetărilor lui Steven și a ceea ce NIH consideră a fi benefic pentru societate.”
