A csudálatos Forgó-Morgó
Egy harminc éve tartó tudományos munkáról szóló beszámolónk kapcsán szó lesz űrutazásról, földi súlytalanságról és egy olyan utópisztikus kórházról, amelyben nem a beteg emberek fekszenek, hanem javításra szoruló sejtjeik lebegnek a csudálatos Forgó-Morgóban, prózai nevén a Rotary Cell Culture System, azaz RCCS-készülékben.
Az Országos Epidemiológiai Központ Mikrobiológiai Kutatócsoportjának Űrélettani Laboratóriumában vagyunk, ahol készülékünk segítségével azt vizsgáljuk, hogyan működnek az emberi sejtek súlytalanságban. Forgó-Morgó nem más, mint egy klinosztát: szabályozhatóan forgó sejttenyésztő edény, amelyben a sejtek – jelenleg Epstein-Barr vírussal (EBV) fertőzött humán sejtek – egy helyben, súlytalanul lebegnek a tápoldatban. Kellő szakértelemmel a rendszer hosszú heteken át sterilen tartható.
Aktivált immunválasz
Történetünk 1980-ban, éppen 30 éve kezdődött. Ekkor végezte el Farkas Bertalan a Szojuz-6 fedélzetén azt az általunk tervezett és összeállított kísérletet, amelyben az emberi limfociták által termelt citokinek egyik fajtája, az interferon-γ képződését vizsgáltuk. Ez volt az első világűrben végzett kísérlet, amely sejtbiológiai folyamatokat hasonlított össze súlytalanságban és gravitációs körülmények között. Az eredmény világszerte nagy érdeklődést váltott ki: az űrhajón a sejttenyészet 4–8-szor annyi interferont termelt, mint a földi laboratóriumban. A Szojuz-7 fedélzetén megismételt kísérlet ugyanezt az eredményt hozta. A jelenség további vizsgálatát földi körülmények között kellett megoldani: előbb – évekkel megelőzve a NASA-t – saját tervezésű klinosztátban, majd a NASA általunk továbbfejlesztett RCCS-készülékében tenyésztettük az emberi vérből szeparált sejteket, és ELISA-teszttel mértük a citokin-képződést.
A következő citokin, amit vizsgálat alá vettünk, a Tumor Nekrózis Faktor-α. A TNF-α eddig ismert számtalan funkciója közül talán a gyulladásos folyamatokban játszott szerepe a legfontosabb, a legújabb kutatások szerint köze lehet olyan neurodegeneratív betegségekhez is, mint a Parkinson- és az Alzheimer-kór vagy a szklerózis multiplex. Elértük in vitro mikrogravitációs körülmények között a TNF-α termelésének növekedését humán sejttenyészetben, vagyis a Forgó-Morgóban végzett kísérlet kiválóan modellezi az emberi szervezetben lezajló, a TNF-α-szint növekedésével járó kóros folyamatokat. Mivel a modellrendszer alkalmas az újonnan fejlesztett citokingátlók hatékonyságának tesztelésére, gyógyszergyárakkal is együttműködünk.
Kísérleteinkben egyértelművé vált: a súlytalanság aktiválja az immunválaszt. Feltevésünk szerint ezt a DNS-metiláció mikrogravitáció hatására történő megváltozása magyarázhatja. Ennek vizsgálatára kiváló modell a szimulált mikrogravitációs körülmények között tenyésztett, Epstein–Barr-vírussal (EBV) fertőzött humán sejt.
Mire jó a bioreaktor?
Korábban a sejtélettani kísérletek során szabályoztuk a hőmérsékletet, a tápanyag- és a gázcsere összetevőit, a pH-t, de ki gondolt volna arra, hogy az evolúció során egyetlen változatlan környezeti tényezőt, a gravitációt megváltoztassa? Az űrkutatás fejlődése azonban szükségszerűen felvetette a súlytalanság élő szervezetre gyakorolt hatásának problémáját. Egy-egy űrutazás túlságosan rövid és túlságosan drága is élettani kísérletek elvégzéséhez, ezért az érdemi űrélettani kutatómunka a súlytalanságot földi körülmények között szimuláló bioreaktorok kifejlesztésével indulhatott meg. A mi Forgó-Morgónk egyszerű bioreaktor, de a komolyabb, számítógép által vezérelt berendezések valóban mesébe illő dolgokra képesek. Súlytalanságban a sejtek nem úgy viselkednek, mint a hagyományos kétdimenziós tenyészetekben, hanem úgy, mint az élő szervezetben. Kommunikálnak egymással, aggregátumokká, háromdimenziós szövet-, illetve szervkezdeményekké alakulnak. 1-es típusú cukorbetegek hasnyálmirigyéből szeparált szigetsejteket sikerült inzulintermelésre bírni bioreaktorban, és bebizonyosodott, hogy mikrogravitációs körülmények között az inzulintermelés nagyságrendekkel intenzívebb. Mások rákos betegből szeparált tumorsejteket forgatnak; a sejteket különböző kemoterápiás szerekkel kezelve napok alatt kiderül, melyik a hatásosabb, így a beteg azonnal a megfelelő kezelést kaphatja. Kísérletek folynak szívinfarktuson átesettek szívizomsejtjeinek bioreaktorban történő tenyésztésével, az elhalt rész pótlása érdekében, illetve protézis előállításával porcszövet mikrogravitációs tenyésztése révén, valamint vizsgálják, hogy átültethetők-e leukémiás betegbe a forgatott csontvelősejtek.
A jövőben a súlytalanság szimulációja sok esetben tökéletesen helyettesíti majd az élő szervezetet, szükségtelenné teszi kísérleti állatok vagy éppen emberek bevonását a vizsgálatokba. A bioreaktorok talán már pár év múlva nélkülözhetetlen eszközei lesznek az orvosi laboratóriumok rutinmunkájának.
dr. Várkonyi Andrea
Országos Epidemiológiai Központ, Mikrobiológiai Kutatócsoport
