A Biotechnológiai munkacsoport munkaterve

A Biotechnológiai munkacsoport munkaterve

A kutatási témák és területek bemutatása

Szövetnyomtatás

Prof. Pongrácz Judit vezetésével a 3D technológiák egy különleges területe a bioprinting vagy bionyomtatás továbbfejlesztésére lesz lehetőség, ahol a nyomtatást élő anyag, azaz sejtek alkalmazásával valósítjuk meg. Ez a technológia sok tekintetben összekapcsolja a 3D nyomtatás területén elért műszaki eredményeket az orvoslásban jelentkező igényekkel és feladatokkal. Mind az alapkutatások, mind az ipari alkalmazások vonatkozásában fontos a gyógyszertesztelésre alkalmas rendszerek kidolgozása. Az emberi betegségek vizsgálatához a legegyszerűbb rendszerek a különféle organoidok, amelyek bionyomtatása lehetővé teszi a betegséget kiváltó környezeti okok molekuláris szintű tanulmányozási lehetőségét és a betegségfolyamatok megismerését.

Olyan műveletsort fejlesztünk ki, amely alkalmas primer sejtek gyors, differenciált expanziójára (3D bioreaktor), a szövetek réteg-szerinti nyomtatására (3D bioprinting) illetve a létrehozott szövetek érlelésére (3D bioreaktor). A módszertan alkalmas lehet porcok, fogak, csontszövetek, máj és vese regenerálása, szívizom szövet regenerálása, illetve urogenitális regeneráció, urethra vagy uréter rekonstrukció is megvalósítható lehet. Ezen fejlesztések a bionyomtatók és bioreaktorok hatékonyságát és alkalmasságát fejlesztő kutatásaink sikerére épülnek. A projekt során használt bionyomtatók és bioreaktorok által előállított mikrokörnyezet alkalmas lehet transzplantációra kész szövetek előállítására. Azt várjuk, hogy a mesterségesen előállított szövetek in vitro elkészítése és érlelése nagyban csökkenti majd a terápiás szövetregenerációs időt.

3D tüdőszövet

A Prof. Pongrácz Judit által vezetett kutatócsoport (Gyógyszerészi Biotechnológia Tanszék) célja az, hogy a kiemelkedően hatékonyan működő klinikai kapcsolatokat kamatoztatva, a tüdő daganatos, gyulladásos és fibrotikus betegségeinek molekuláris hátterét vizsgálja. A munka során a tüdőszöveti regenerációban résztvevő molekuláris folyamatok megértését és ezzel együtt a tüdő öregedésének vizsgálatát tervezik. A komplex 3D tüdőszövet nyomtatása számos technológia felhasználásával fog megtörténni. A kihívások ugyanis számosak, ezért nem csak a nyomtatási procedúrára, hanem a molekuláris biotechnológiai technikákon alapuló mechanizmusok alkalmazására is szükség van. Primer tüdő epitéliális sejtek, mikrovaszkuláris endotéliális sejtek, símaizomsejtek, tüdő fibroblasztok és indukált pluripotens őssejtek (iPCS) felhasználásával készülnek majd a szövetek. A kutatócsoport a szövetnyomtatási technikák mellett a génmódosítások, transzdifferenciáció, sejt és szövet differenciációs technikákat rutinszerűen végzi. Az egyik vázanyag - bioPCL (poly-caprolactone) -, amely alkalmas steril nyomtatásra, antigen és LPS mentes, biokompatibilis és biodegradábilis, alkalmas a tüdőszöveti váz megformálására. Hogy véredények is kialakíthatóak legyenek, a klónozott VEGF-A faktor tisztított formában a vázszerkezethez lesz kötve. A sejtek mind szuszpenzió, mind előkészített aggregátumok formájában kerülnek a 3D nyomtatott vázon kiszélesztésre. Bioreaktorok teszik lehetővé az egyre növekvő méretű szövetek táplálását és oxigén ellátását. Az így elkészült tüdőszövet felhasználási területei igen változatosak. Lehetővé teszik a tüdő betegségeinek megismerését, mely betegségek a világon vezető halálokként szerepelnek. Továbbá a molekuláris folyamatok megismerése a tüdő regenerációjának, új gyógyászati célpontok azonosításának és személyreszabott terápiának is lehetőséget teremt.

3D tímusz-szövet előállítása

Dr. Kvell Krisztián (Gyógyszerészi Biotechnológia Tanszék) vezetésével ez az alprojekt komplex 3D nyomtatási és biotechnológiai folyamatokat egyesít, melynek során működőképes tímusz szövetet hoznak létre 3D nyomtatással létrehozott biokompatibilis vázon. A sejtek forrása egy vérátömlesztési melléktermék (buffy-coat), amely személyre szabott kezelést tesz lehetővé akut immunhiányos állapot esetén. Említést érdemel, hogy a teljes folyamat minden lépéséhez szükséges tapasztalattal rendelkezik a munkacsoport, beleértve a 3D váznyomtatást, genetikai módosítást, sejtes transz-differenciálást és a sejt- és szövetérlelést.

Az alkalmazott vázszerkezet alapanyag PCL (poli-kaprolakton), amely steril módon nyomtatható, antigén és LPS-mentes. A bioPCL biokompatibilis, biológiai úton lebomlik, alkalmas immunológiai felhasználásra. A sejtes elemek létrehozása buffy-coat felhasználásával történik, Ebből több sejtféle dúsítását és létrehozását tervezzük. Az egyik a perifériás vérből mágnes-gyöngyös szeparációval kapott monociták specifikus protokollt alkalmazó transz-differenciálásával kapott fibroblaszt sejtcsoport. Egy másik sejtcsoport a tímusz epitél állománya, mely a fibroblasztok további differenciálása révén hozható létre FoxN1 transzkripciós faktor hatására. Mindkét fenti kitapadó sejtcsoportot az előzetesen 3D nyomtatással létrehozott steril vázszerkezeten tenyésztjük.  A vázszerkezetre növesztett kitapadó sejtek térhálójában tenyésztjük a T-sejt elő-alakokat, melyeket közvetlen dúsítással nyerünk ki buffy-coat vérkészítményből. A megfelelő szöveti mikrokörnyezet hatására (3D stroma váz) a timociták megkezdik a T-sejt érést, mely a tímusz fő funkciója. Alkalmazás tekintetében a mesterségesen, személyre szabottan létrehozott funkcionális tímusz-szövet kiváló alapkutatási platform. Ezen túlmenően alkalmas lehet akut immunhiányos állapot adjuváns kezelésére is, a modern személyre szabott sejtes terápiák szellemiségében.

3D nyirokszövet és atritisz modell

Az Immunológiai és Biotechnológiai Intézet munkatársai három irányban végeznek kutatást a 3D eljárás felhasználásával. Balogh Péter és munkatársai a nyirokszövet dinamikus modellezésére alkalmas 3D nyirokszöveti organoiodok kialakítását tervezik, különböző alapállományi összetevők (fibroblasztok, vér- és nyirok-endotél sejtek) illetve hemopoetikus (limfoid, dendritikus és egyéb mieloid eredetű) sejtek kombinálásával. Ennek során különböző eljárásokkal (aggregációs kultúra, bioprinting) összekapcsolódott limfoid sejtek és a kötőszöveti elemek csoportosulását elemzik, valamint az így kialakított organoidok immunhiányos (RAG-deficiens) egérbe történő transzplantációját követően azok immunológiai hatékonyságát vizsgálják.

Az in vitro limfoid szövetmodellek fejlesztése mellett egy 3D nyomtatást igénylő sejtszeparációs eszköz fejlesztését és optimalizálást tervezik fehérvérsejtek hatékony és gyors szétválasztására. Ebben a munkában a munkacsoport által korábban előállított monoklonális antitestekkel előfedett, optimalizált geometriájú műanyag-felület kialakítását tervezik, amely lehetőséget nyújt az antitest által felismert fehérvérsejt-alcsoport eltávolítására.

Boldizsár Ferenc és munkatársai a reumatoid artritisz (RA, az egyik leggyakoribb autoimmun gyulladásos megbetegedés) folyamatát vizsgálják, amelynek során a hyalin porccal fedett ízületi felszínek súlyos fokú pusztulása figyelhető meg az immunrendszer kóros aktivációjának következtében a normál porcszövet elemeivel szemben. A munkában 3D nyomtatással létrehozott porcszövet pusztulás mechanizmusai vizsgálhatók kontrollált körülmények között, humán vagy RA egérmodellből származó fehérvérsejtek felhasználásával. A kutatás célja in vitro nyirokszöveti organoidok kifejlesztése és tanulmányozása az intézetben zajló in vivo állatkísérletes RA kutatások kiegészítésére.