Sel kontrol dan sel endotel yang mengekspresikan mutasi pengaktif PIK3CA yang dikultur dalam matriks fibrin 3D dan dicitrakan pada 0 dan 168 jam setelah penyemaian. Bilah skala, 1000 μm. Kredit: Aw et al.
Tubuh kita terdiri dari 60.000 mil pipa kompleks yang memainkan peran penting dalam mengangkut nutrisi ke seluruh tubuh kita, melakukan pembuangan limbah, dan memasok oksigen dan darah segar ke organ kita.
Malformasi vaskular (VM) adalah sekelompok kelainan genetik langka yang menyebabkan pembentukan vena, arteri, kapiler, atau pembuluh limfatik yang tidak normal saat lahir. VM dapat mengganggu tugas pipa kita yang berharga dengan menyebabkan penyumbatan, drainase yang buruk, dan pembentukan kista dan kusut.
Untuk mengatasi kebutuhan akan studi lebih lanjut, William Polacheck, Ph.D., asisten profesor di Departemen Gabungan Teknik Biomedis UNC-NCSU dan Departemen Biologi dan Fisiologi Sel, dan timnya yang tersebar di Fakultas Kedokteran UNC, telah mengembangkan model yang meniru VM yang secara khusus disebabkan oleh mutasi PIK3CA—gen yang terlibat dalam berbagai jenis malformasi limfatik, kapiler, dan vena.
Karya mereka diterbitkan di Science Advances.
“Ada sejumlah ‘masalah ayam dan telur’ dari mutasi PIK3CA,” kata Polacheck. “Apakah itu menyebabkan sesuatu yang salah? Atau apakah ada hal lain di lingkungan yang menyebabkan mutasi memiliki efek yang lebih parah? Bekerja di lingkungan yang jauh lebih terkontrol, seperti model mikofluida, memungkinkan kita untuk mengisolasi dan mencari tahu caranya genetika penyakit berhubungan dengan apa yang terjadi di dalam sel.”
VM disebabkan oleh mutasi pada gen yang mengarahkan perkembangan pembuluh darah di seluruh tubuh. Phosphatidylinositol-4,5-biphosphate 3-kinase catalytic subunit alpha (PIK3CA) adalah salah satu gen tersebut. Ini adalah “hotspot” metaforis untuk mutasi yang berkontribusi pada malformasi pembuluh darah yang lebih kecil, menyebabkan darah menggenang di bawah kulit.
Jenis malformasi vaskular spesifik ini kurang dipelajari dibandingkan yang lain dan biasanya ditemukan saat lahir. Penyakit ini dimulai saat bayi berkembang. Karena ada banyak perubahan yang terjadi pada saat ini dalam perkembangan anak, ini bisa menjadi kondisi yang sulit bagi para peneliti untuk mempelajarinya.
Sebuah Tim dalam Pembuatan
Julie Blatt, MD, seorang profesor hematologi-onkologi pediatrik di Departemen Pediatri UNC, melihat perlunya pendekatan baru untuk memodelkan penyakit, yang memengaruhi sebagian besar pasiennya.
Dr. Blatt, yang memiliki minat dalam menggunakan kembali obat kanker untuk merawat pasien anak dengan anomali vaskular, mengangkat telepon dan menghubungi Polacheck, yang merupakan insinyur biomedis berdasarkan perdagangan, untuk menanyakan apakah dia dapat membuat model mikofluida PIK3CA0- malformasi vaskular spesifik.
Sekitar waktu yang sama, Wen Yih Aw, Ph.D., sedang mengerjakan gelar pascadoktoralnya di UNC Catalyst, sebuah kelompok penelitian yang berfokus pada pemahaman penyakit langka di Eshelman School of Pharmacy. Akhirnya, Aw mulai menggunakan keahlian sains dasarnya dengan lab Polacheck pada proyek lain.
Selain Blatt dan Aw, lab tersebut juga berkolaborasi dengan Boyce Griffith, Ph.D. di Departemen Matematika dan Program Kedokteran Komputasi, yang membantu menganalisis struktur jaringan.
“Semua bagian itu, menurut saya diperlukan untuk menyelesaikan pekerjaan,” kata Polacheck. “Itu mengatakan sesuatu tentang UNC karena ada banyak perguruan tinggi dan departemen yang bekerja sama. Tidak ada hambatan apa pun untuk bekerja sama dalam proyek ini.”
Gambar confocal representatif dari kontrol dan jaringan vaskular PIK3CAE542K. Jaringan vaskular diberi label dengan fibrin (magenta), 4 ′, 6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) (putih), aktin (hijau), dan pewarnaan CD31 khusus sel endotel (cyan). Jaringan vaskular diperbaiki 3 hari setelah penyemaian. Bilah skala, 100 μm. Kredit: Aw et al.
Bagaimana Model Mikofluida Bekerja
Model mikofluida sangat kecil—sekitar satu milimeter—perangkat tiga dimensi yang dapat digunakan untuk mengontrol, atau mensimulasikan lingkungan, di dalam tubuh. Dalam hal ini, sepotong kecil jaringan pembuluh darah yang sehat dipusatkan di dalam perangkat. Dari sana, para peneliti dapat memperkenalkan bahan kimia dan gaya mekanis tertentu ke model untuk mensimulasikan kondisi tubuh. Mereka kemudian memulai mutasi PIK3CA.
Untuk mengkonfirmasi apakah model mereka secara akurat menggambarkan manifestasi penyakit, tim harus melakukan studi kemanjuran obat.
Ada dua obat yang saat ini digunakan untuk pengobatan malformasi vaskular: rapamycin dan alpelisib. Yang terakhir adalah inhibitor spesifik PIK3CA yang baru ditemukan yang baru-baru ini disetujui oleh FDA untuk mengobati beberapa jenis kanker payudara dan spektrum pertumbuhan berlebih terkait PIK3CA. Sejauh ini, studi pra-klinis pada model tikus dan pada pasien telah menunjukkan bahwa alpelisib lebih efektif dalam membalikkan defek malformasi vaskular.
Setelah memilih kedua obat tersebut, Polacheck dan Awe menerapkan pengobatan ke perangkat mereka. Studi ini sukses.
“Pembuluh darah dulu sangat melebar dan besar,” kata Awe, penulis pertama studi tersebut. “Dengan pengobatan, obat tersebut mampu mengecilkannya dan, kurang lebih, mengembalikannya kembali ke bentuk dan fungsi normal. Kami sangat senang dapat mereplikasi beberapa hasil in vitro dengan model yang kami bangun. ”
Ke depannya, Awe dan Polacheck ingin mereplikasi temuan di jaringan dari pasien malformasi vaskular, terutama mereka yang tidak memiliki mutasi PIK3CA atau tidak memiliki informasi genetik yang jelas. Model mereka sekarang dapat digunakan untuk mengevaluasi pengobatan baru atau untuk melakukan studi obat sinergis.
Beberapa Jalur untuk Studi Masa Depan
Sekarang mereka tahu bahwa model mereka berfungsi, Wen dan Polacheck berencana menggunakan model mereka untuk mempelajari satu sisi mutasi yang disebut dinamika temporal, serta bagaimana mutasi memengaruhi malformasi jaringan limfatik.
Penyakit ini awalnya dimulai dengan sel individu yang memperoleh mutasi PIK3CA. Kemudian, seperti reaksi berantai, efek mutasi pada satu sel itu menyebar ke sel di sekitarnya hingga malformasi terbentuk sempurna. Seperti model mereka saat ini, lab tidak dapat meniru proses alami tersebut.
Namun, Wen sedang mengerjakan pendekatan baru dan berbeda untuk model mikofluida. Dia bertujuan untuk membuat platform yang akan memungkinkan mereka untuk memulai dengan sel yang sehat, dan kemudian “mengaktifkan” mutasi, dan melihatnya berkembang di seluruh jaringan yang diminati. Pada akhirnya, ini akan membantu mereka memahami bagaimana mutasi dapat memengaruhi sel lain dan bergerak melintasi ruang angkasa.
Malformasi vaskular juga dapat terjadi pada jaringan limfatik. Berlawanan dengan pembuluh darah, pembuluh limfatik memiliki tugas untuk mendaur ulang kelebihan cairan ke seluruh tubuh dan bertindak sebagai jalan raya bagi sel kekebalan untuk sampai ke tempat infeksi. Sangat sedikit yang diketahui tentang biologi sel dasar sel endotel limfatik, jadi Polacheck berharap dapat melakukan penelitian yang serupa dengan yang terbaru.
“Hasilnya sedikit berbeda karena fungsi limfatik berbeda dengan pembuluh darah,” kata Polacheck. “Dengan membandingkan dan mengkontraskan apa yang terjadi pada sisi darah dan sisi limfatik, kita juga akan dapat mempelajari sesuatu tentang biologi dasar dari kedua jenis jaringan tersebut.”
Informasi lebih lanjut: Wen Yih Aw et al, Model mikrofisiologis malformasi vaskular yang digerakkan oleh PIK3CA mengungkapkan peran Rac1 dan mTORC1 / 2 yang tidak teratur dalam pembentukan lesi, Kemajuan Sains (2023). DOI: 10.1126/sciadv.ade8939
Disediakan oleh Perawatan Kesehatan Universitas Carolina Utara
Kutipan: Bagaimana pembuluh darah baru pada chip dapat membantu peneliti lebih memahami malformasi vaskular (2023, 24 Februari) diambil 24 Februari 2023 dari https://medicalxpress.com/news/2023-02-blood-vessel- on-a-chip-vascular-malformations.html
Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari kesepakatan yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.