Ερευνητές στην Ιαπωνία ανέπτυξαν ένα καινοτόμο «ζωντανό» δέρμα που φωσφορίζει όταν αυξάνεται η φλεγμονή στο εσωτερικό του οργανισμού, δημιουργώντας ένα βιολογικό σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης για ασθένειες. Η επιστημονική ομάδα προχώρησε σε γενετική τροποποίηση ανθρώπινων βλαστοκυττάρων του δέρματος, ώστε να εκπέμπουν φως όταν εκτίθενται σε φλεγμονώδη μόρια, τα οποία αυξάνονται κατά τη διάρκεια των ανοσολογικών αντιδράσεων.
Στη συνέχεια, τμήματα αυτού του τροποποιημένου δέρματος μεταμοσχεύθηκαν σε ποντίκια, όπου ενσωματώθηκαν επιτυχώς και παρέμειναν λειτουργικά για περισσότερο από έξι μήνες. Κάθε φορά που οι ερευνητές προκαλούσαν φλεγμονή, το δερματικό επίθεμα γινόταν εμφανώς πιο φωτεινό.
Η συγκεκριμένη καινοτομία προσφέρει δυνατότητες που δεν διαθέτουν οι υπάρχουσες τεχνολογίες, καθώς επιτρέπει άμεση και μακροχρόνια παρακολούθηση της φλεγμονής μέσα στο σώμα. Σε αντίθεση με τις φορετές συσκευές που καταγράφουν παραμέτρους όπως ο καρδιακός ρυθμός ή τα βήματα, δεν υπάρχει σήμερα τρόπος ανίχνευσης των φλεγμονωδών διεργασιών που βρίσκονται πίσω από πολλές χρόνιες ασθένειες και εξελίσσονται αθόρυβα με την πάροδο του χρόνου.
Κύτταρα που «απαντούν» στα σήματα
Καθοριστικής σημασίας ήταν η επιλογή των κατάλληλων κυττάρων. Τα βλαστοκύτταρα του δέρματος εντοπίζονται φυσιολογικά στο βαθύτερο στρώμα του και έχουν την ικανότητα να παράγουν συνεχώς νέα κύτταρα σε όλη τη διάρκεια της ζωής. Οι επιστήμονες τα τροποποίησαν ώστε να παράγουν μια φθορίζουσα πρωτεΐνη κάθε φορά που φλεγμονώδη σήματα ενεργοποιούν τους υποδοχείς τους.
Έπειτα από σειρά πειραμάτων, η ερευνητική ομάδα κατέληξε σε μια φόρμουλα που παρήγαγε τη μεγαλύτερη δυνατή φωτεινότητα. Δημιούργησαν στη συνέχεια πραγματικό δερματικό ιστό, τοποθετώντας τα τροποποιημένα κύτταρα σε στρώσεις μαζί με άλλα βασικά συστατικά του δέρματος. Μέσα σε λίγες ημέρες, ο εργαστηριακά αναπτυγμένος ιστός απέκτησε πολλαπλά στρώματα που έμοιαζαν και λειτουργούσαν όπως το φυσικό ανθρώπινο δέρμα.
Ζωντανοί βιολογικοί αισθητήρες
Οι ζωντανοί ιστοί υπερέχουν έναντι των τεχνητών αισθητήρων λόγω της εξαιρετικής ευαισθησίας τους. Φλεγμονώδη μόρια, όπως το TNF-α, εμφανίζονται σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις και αποδομούνται στο αίμα μέσα σε περίπου 15 λεπτά, γεγονός που καθιστά δύσκολη την ανίχνευσή τους μέσω αιματολογικών εξετάσεων, εκτός αν το δείγμα ληφθεί την κατάλληλη χρονική στιγμή.
Τα κύτταρα λειτουργούν ως βιολογικοί ενισχυτές: όταν ένα φλεγμονώδες μόριο συνδέεται με τον υποδοχέα του, ενεργοποιεί μια αλυσίδα εσωτερικών αντιδράσεων που πολλαπλασιάζουν το σήμα μέχρι να γίνει ορατό – σαν ένας ψίθυρος που μετατρέπεται σταδιακά σε κραυγή. Επιπλέον, τα τροποποιημένα κύτταρα έδειξαν υψηλή επιλεκτικότητα, ανταποκρινόμενα μόνο σε συγκεκριμένα φλεγμονώδη σήματα και αγνοώντας άλλα μόρια, περιορίζοντας έτσι τις ψευδείς ειδοποιήσεις.
Μετά τη μεταμόσχευση στα ποντίκια, το τροποποιημένο δέρμα όχι μόνο επιβίωσε, αλλά ωρίμασε, αποκτώντας πάχος και δομές παρόμοιες με εκείνες του ανθρώπινου δέρματος. Το επίθεμα παρέμεινε σταθερό για περισσότερες από 200 ημέρες, με τα βλαστοκύτταρα να διαιρούνται συνεχώς και να δημιουργούν νέα κύτταρα που διατηρούσαν τις γενετικές τροποποιήσεις, χωρίς να απαιτούνται μπαταρίες ή εξωτερική συντήρηση.
Δύο μήνες μετά τη μεταμόσχευση, οι ερευνητές επανέλεγξαν τη λειτουργικότητα των επιθεμάτων. Όταν έγχυσαν φλεγμονώδη μόρια κοντά στα σημεία μεταμόσχευσης, παρατήρησαν ότι μέσα σε 24 ώρες τα επιθέματα άρχισαν να λάμπουν πιο έντονα. Η μέγιστη φωτεινότητα εμφανιζόταν την πρώτη ή τη δεύτερη ημέρα και στη συνέχεια μειωνόταν σταδιακά καθώς η φλεγμονή υποχωρούσε, όπως ακριβώς θα έπρεπε να λειτουργεί ένα σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης. Τέσσερις εβδομάδες αργότερα, η απόκριση παρέμενε εξίσου ισχυρή, αποδεικνύοντας ότι η ανίχνευση φλεγμονής μπορεί να επαναλαμβάνεται αξιόπιστα με την πάροδο του χρόνου.
Παρακολούθηση της φλεγμονής για πρόληψη ασθενειών
Η ερευνητική ομάδα προχώρησε ακόμη ένα βήμα, εξετάζοντας αν τα επιθέματα μπορούν να ανιχνεύσουν φλεγμονή που προκαλείται από την ίδια την ανοσολογική απόκριση του οργανισμού. Όταν εισήγαγαν βακτηριακά συστατικά, τα επιθέματα δεν αντέδρασαν άμεσα στα βακτήρια, αλλά εντόπισαν τα φλεγμονώδη μόρια που απελευθερώθηκαν από τα ανοσοκύτταρα των ποντικιών ως αντίδραση στην απειλή.
Αυτό δείχνει ότι το σύστημα μπορεί να παρακολουθεί τη συνολική ανοσολογική απόκριση του οργανισμού και όχι μόνο ένα μεμονωμένο μόριο. Η προσέγγιση αυτή ανοίγει τον δρόμο για μακροχρόνια παρακολούθηση της φλεγμονής, η οποία συνδέεται με πολλές χρόνιες παθήσεις που εξελίσσονται σιωπηλά πριν εμφανιστούν συμπτώματα. Παράλληλα, η ίδια τεχνολογία θα μπορούσε να προσαρμοστεί για την ανίχνευση ορμονών, δεικτών στρες ή μεταβολικών αλλαγών, προσφέροντας νέες δυνατότητες παρακολούθησης της υγείας σε πραγματικό χρόνο.
Τα επόμενα βήματα
Η παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκε σε ποντίκια με εξασθενημένο ανοσοποιητικό σύστημα, γεγονός που σημαίνει ότι απαιτούνται περαιτέρω δοκιμές πριν από οποιαδήποτε εφαρμογή σε ανθρώπους. Ζητήματα όπως η ασφάλεια, η μακροχρόνια λειτουργία και η κοινωνική αποδοχή της τεχνολογίας παραμένουν ανοιχτά.
Παρά τις προκλήσεις, η προοπτική εμφύτευσης ζωντανών κυττάρων που μπορούν να προειδοποιούν για την ανάπτυξη φλεγμονής σηματοδοτεί μια ριζικά νέα προσέγγιση στην πρόληψη ασθενειών και τη συνεχή υγειονομική παρακολούθηση. Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature Communications.
