Nov mikrofiziološki sistem z integriranimi biomimetičnimi nosilci kot napreden model endokrine trebušne slinavke in vitro

Globalno se je stopnja motene tolerance na glukozo in sladkorne bolezni povečala, saj danes s sladkorno boleznijo živi že pol milijarde ljudi. Raziskave, ki se osredotočajo na odkrivanje mehanizmov sladkorne bolezni za razvoj učinkovitejših terapevtskih pristopov, temeljijo predvsem na glodavcih in običajnih modelih celičnih kultur. Vendar imata oba modela precejšnje pomanjkljivosti, ki omejujejo prenosljivost spoznanj, pridobljenih z njima. Zaradi etičnih omejitev in pomanjkljivosti živalskih modelov, neustreznosti obstoječih modelov na celični osnovi ter potrebe po preučevanju bolezni v nadzorovanih pogojih se na stičišču tkivnega inženirstva in (pato)fiziologije razvija področje, ki se osredotoča na razvoj naprednih modelov in vitro. Ti so opredeljeni kot eksperimentalni sistemi, ki vsebujejo žive človeške celice in posnemajo fiziologijo na ravni tkiv in organov in vitro z izkoriščanjem napredka na področju tkivnega inženirstva in mikrofabrikacije. S tem v mislih predlagam pristop, ki z uporabo naprednih biomedicinskih tehnik (3D-bio tiskanje, mikrofiziološki sistemi) presega najsodobnejše stanje sedanjih modelov endokrine trebušne slinavke. Novo razviti pristop temelji na mikrofiziološki platformi, ki bo optimizirana za integracijo biomimetičnih nosilcev z vgrajenimi Langerhansovimi otočki. Napredni model prvič združuje 3D natisnjene biomimetične nosilce, inkubirane v dinamičnih okoljskih pogojih mikrofiziološkega sistema (MPS). Za dosego cilja projekta bom najprej razvil nova biočrnila na osnovi hidrogelov in jih funkcionaliziral s specifičnimi gradniki zunajceličnega matriksa (ECM) in bazalne membrane trebušne slinavke. Biočrnila bodo združljive s tehnikami dodajalne proizvodnje za izdelavo nosilcev, ki služijo kot nadomestki ECM ter posnemajo značilnosti in interakcije mikrookolja trebušne slinavke. Tako biočrnila kot nosilci bodo sistematično razviti in okarakterizirani glede na njihove strukturne, mehanske in biokemične lastnosti. Na podlagi tega bo skrbno izbran optimalni nosilec glede na njegovo sestavo, hkrati pa bodo opredeljeni in spremenjeni okoljski parametri v razvitem MPS, da bodo podpirali optimalno vibilnost in funkcionalnost otočkov. Na ta način bodo ogrodja izpolnjevala strukturne, mehanske in biokemične zahteve, medtem ko bo MPS zagotavljal dinamične mikrookoljske pogoje in stalno difuzijo ključnih topnih molekul, kar bo privedlo do nastanka kompleksnih biokemičnih gradientov, potrebnih za endokrino delovanje. Opravil bom kompleksne funkcionalne analize (i) merjenje proizvodnje reaktivnih kisikovih in dušikovih zvrsti, (ii) kvantifikacijo proinflamatornih kemokinov z multipleksno metodo ELISA, (iii) podrobne morfološke analize z nanotomografijo in transmisijsko elektronsko mikroskopijo, (iv) imunocitokemične fenotipske študije, (v) merjenje od glukoze odvisnega izločanja inzulina in (vi) konfokalno slikanje kalcije dinamike na ""umetnih tkivnih rezinah"" za potrditev, da otočki v predlaganem modelu in vitro ohranijo morfologijo, endokrini fenotip, viabilnost in izločanje v bistveno daljšem obdobju kot obstoječi modeli in vitro. Predlagani pristop bo omogočil razvoj enega najnaprednejših in vitro modelov endokrine trebušne slinavke, hkrati pa bo presegel omejitve, povezane z živalmi ter akutnimi tkivnimi rezinami in izoliranimi otočki, ki so trenutno najbolj reprezentativni in vitro modeli endokrine trebušne slinavke. Z zmanjšanjem potrebe po testiranju in vivo obravnavam tudi etične pomisleke, poudarjene v načelih ""3R"" za etične raziskave. Tak model bo omogočil kompleksnejše poskuse na človeških otočkih trebušne slinavke v nadzorovanih pogojih, da bi razkrili mehanizme bolezni, povezanih z disfunkcijo otočkov trebušne slinavke, in privedel do učinkovitejših ali celo novih modelov za diagnosticiranje, preprečevanje in zdravljenje.