Forskerne testet sin modell ved å la den “røyke” cannabis. Illustrasjon via ERJ Open Research journal.

Forskere fra det kanadiske universitetet McMaster og universitetet i Waterloo har 3D-printet en levende modell som er i stand til å replikere effekten av røyking av cannabis på den menneskelige lunge.

Ved å laste sitt ‘In-Vitro Exposure System’ (IVES) med epitelceller og eksponere disse for hamprøyk, har teamet vært i stand til å kartlegge kroppens bivirkninger på dette rekreasjonsdopet nøyaktig. Etter den første suksessen har forskerne nå publisert sin modell som åpen kilde, da de ønsker at vitenskapelig forskning skal komme på banen i den pågående prosessen for utvidelse av legaliseringen av marijuana som foregår i flere stater og land for tiden.

Vurdering av kostnadene ved ‘å fyre seg en’
Mens lungene våre regelmessig kommer i kontakt med bakterier og vira, har menneskekroppen utviklet sterke immunologiske responser for å forhindre at vi blir syke. Epitelcellene som dekker luftveiene våre er en viktig del av dette forsvaret, og genererer slim så vel som antivirale cytokiner, og når de blir skadet av sykdommer som astma, blir de dysfunksjonelle og forårsaker pustevansker hos berørte pasienter.

I følge de kanadiske forskerne utgjør røyking av cannabis et lignende “angrep på lungene” ved at det forårsaker symptomer som hoste, hvesende pust og tett bryst. Som et resultat er det viktig å forstå effekten av det å røyke marijuana og identifisere potensielle advarsler, i tillegg til å informere myndighetenes politikere, når mange vurderer å legalisere dette til medisinsk bruk.

In vitro-testmodeller er allerede et viktig verktøy når det gjelder forskning på tobakksrøyking, men med tanke på kostnadene, unøyaktigheten og mangelen på tilgjengelighet, blir de sjelden brukt i tilsvarende cannabisstudier. For å overvinne dette bestemte forskerne seg derfor for å 3D-printe et nytt IVES-system, med sikte på å gjøre det så tilgjengelig som mulig for ikke-spesialiserte laboratorier.

Lungemodell viser at hasjrøyking er skadelig. Foto via ERJ Open Research journal

Å 3D-printe en robotlunge
Ved hjelp av en Formlabs Form 2 3D-printer produserte teamet en firekammers lungelignende IVES, med to innløp, fire uttak og fire kammerhetter. I teorien fungerer systemet ved å ‘inhalere’ røyk via et av innløpene, før det fordeles over sine fire kamre (som hver inkluderer en cellebelastet innsats), før røyken går ut.

For å praktisk teste sin nye maskin valgte forskerne å rulle sammen litt hasj av forskningsgrad, fyre opp og koble IVES opp ved hjelp av en 3-veis ventil og en sprøyte. Når robotlungen var ferdig med å ‘røyke’ jointen, vurderte forskerne levedyktigheten til epitelcellene, og fant at deres autoimmune funksjonalitet hadde blitt sterkt skadet.

Gitt at tidligere studier har funnet sammenhenger mellom pustevansker og barrieremangler, vurderte teamet dette beviset for at å fyre seg en er skadelig for lungene. Forskerne sammenlignet også cellenes cytokinnivå med cellene som ble tatt fra pasienter med røykesykdommer, og oppdaget at brukere av fritidsdopet marijuana er mer utsatt for å lide av halsbetennelser, blant andre luftveissykdommer.

Selv om forskerne til slutt innrømmet at det ville være behov for ytterligere parametertester for å verifisere resultatene, anser de at apparatet deres var en suksess. Faktisk mener teamet at deres tilnærming kan brukes i forskjellige toksikologiske studier, alt fra joint- og elsigarett-analyse, til vurdering av patogeners innvirkning på immunforsvaret.

Bioprinting og lungetransplantasjoner
Mens det kanadiske teamet tar en forebyggende tilnærming til lungesykdom, har det også blitt gjort store fremskritt med å utvikle 3D-bioprintede erstatninger. Etter å ha undersøkt potensialet for bioprintede organer de siste fire årene, kunngjorde 3D Systems nylig et gjennombrudd i utviklingen av stillasene i fast vev. I samarbeid med United Therapeutics har firmaet vært i stand til å lage et system for å produsere vaskulariserte vev kalt Print to Perfusion.

På samme måte jobber United Therapeutics også sammen med det isrealske bioprintfirmaet CollPlant for å gjøre om en tobakkfabrikk til en “nyre-produksjonslinje.” Selskapene styrket partnerskapet i fjor og signerte en ny avtale der de forpliktet seg til å gå inn i serieproduksjonen av nyrer.

Du kan lese forskningsrapporten her. Forfatterne er: Abiram Chandiramohan, Mohammedhossein Dabaghi, Jennifer A. Aguiar, Nicholas Tiessen, Mary Stewart, Quynh T. Cao, Jenny P. Nguyen, Nima Makhdami, Gerard Cox, Andrew C. Doxey og Jeremy A. Hirota.