Odlar en mänsklig lever på ett chip

Celler som odlats på labb används bland annat under läkemedelsutveckling för att testa om nya substanser skadar cellerna. En teknik som utvecklas snabbt är att odla celler från mänskliga organ på små chip med mikrokanaler där cellerna växer och syre och näring tillförs, så kallade Organ-on-a-Chip. Forskare försöker ta fram allt mer komplexa modeller som efterliknar hur vävnad eller hela organ fungerar i kroppen. Modellerna skulle bland annat kunna användas till att testa möjliga läkemedel och i medicinsk forskning och på sikt ersätta en del djurförsök.

Men det är inte helt enkelt att odla mänskliga celler. De är ofta krävande och ömtåliga. I kroppen omges cellerna av stödstruktur, ett slags vattenrik gel, som till stor del består av proteiner och olika kolhydrater. Miljön som omger cellerna skiljer sig mellan olika vävnader och har stor påverkan på cellernas funktion. För att bättre efterlikna den naturliga miljön i kroppens vävnader tar forskare vid Linköpings universitet fram mjuka material att odla celler i.

Anpassar miljön efter cellerna

– Vårt nya material erbjuder stora möjligheter att anpassa egenskaperna. Nya funktionaliteter, så som små proteinsnuttar som cellerna behöver, kan också byggas in så att även kräsna mänskliga celler kan nybildas och fungera, säger Daniel Aili, som har lett studien tillsammans med Carl-Fredrik Mandenius, båda vid Institutionen för fysik, kemi och biologi (IFM).

Materialet består av två komponenter som blandas i vatten tillsammans med levande celler. När komponenterna blandas sker en kemisk reaktion som kopplar ihop dem till en vattenrik gel, en hydrogel, som liknar kroppens stödstruktur. Den kemiska reaktionen sker spontant och påverkar inte cellerna. Forskarna har gjort omfattande tester av hydrogelens egenskaper och jämfört den med andra material som ofta används i dag.

– Vi kan kontrollera hydrogelens mekaniska egenskaper över ett stort intervall. Vi kan också kontrollera att gelen bildas lagom fort, vilket är väldigt viktigt, säger Daniel Aili.

Odlar en mänsklig lever på ett chip

Vid testning av nya läkemedelssubstanser är levern ett viktigt organ, eftersom levern tar hand om många av de läkemedel som vi stoppar i oss. Forskarna har därför testat att använda hydrogelen för att göra en mänsklig lever på ett chip, där levercellerna odlats fram från stamceller. Forskarteamet kunde anpassa materialet så att även dessa rätt krävande celler kunde nybildas och fungera. I grundutförandet innehåller hydrogelen inga proteiner, men forskarna försåg materialet med en liten del av ett viktigt protein som finns i den mänskliga leverns omgivande vävnad. När de satte fast proteindelen i hydrogelen började levercellerna på chipet att producera albumin, precis som levern i kroppen gör.

– Vårt material kan framför allt få betydelse för utvecklingen av bra modellsystem av levern, som kan förenkla i de tidiga stadierna av utvecklingen av läkemedel. Om man vill ha kontroll över innehållet i materialet som man odlar cellerna i så är vår hydrogel väldigt intressant och den är lätt att anpassa för olika cell- och vävnadstyper, säger Daniel Aili.

Artikel:
Fabrication of modular hyaluronan-PEG hydrogels to support 3D cultures of hepatocytes in a perfused liver-on-a-chip device. (Jonas Christoffersson, Christopher Aronsson, Michael Jury, Robert Selegård, Daniel Aili och Carl-Fredrik Mandenius) Biofabrication, vol 11 (1)

Kontakt:
Daniel Aili, biträdande professor, Institutionen för fysik, kemi och biologi (IFM), Linköpings universitet, daniel.aili@liu.se
Carl-Fredrik Mandenius, professor, Institutionen för fysik, kemi och biologi (IFM), Linköpings universitet, carl-fredrik.mandenius@liu.se