Új távlatok az orvostudományban: a súlytalanság (3. rész)
(Rovat: Hazai kutatóhelyek és űripar, Új eszközök és anyagok - 2005.10.29 09:59.)

Sorozatunk befejező részében sejttenyészetek szabadesés közben való vizsgálatát mutatjuk be. Az eszköz fő felhasználási területe bizonyos egysejtű élőlények tenyésztése.

Az in vivo kísérletek kényes területét képezik az orvostudománynak és a gyógyszerészetnek egyaránt. Súlyos etikai kérdések merülnek fel mind az állatokon, mind az embereken végzett kísérletekkel kapcsolatban. A súlytalanságot szimuláló bioreaktorok által biztosított körülmények sok esetben tökéletesen helyettesítik az élő szervezetet, szükségtelenné teszik kísérleti állatok, vagy éppen emberek bevonását a vizsgálatba.

Az oldalsó ábrán egy szabadesést szimuláló berendezést (Free Fall Machine - FFM) látunk, amely az ESA-hoz kapcsolódó, 1977 óta működő svájci-holland Space Research Group fejlesztése. Mozgó alkatrészei nincsenek, a benne elhelyezett sejtek mégis a súlytalanság körülményei között tenyészhetnek. A sejt- és szövetminták tárolására szolgáló edény egy egy méter magas rúdhoz van rögzítve, amelynek mentén függőleges irányban szabadon mozoghat. A szekrény aljában egy nagyteljesítményű légkompresszor működik, a mintát tartalmazó tartályt sűrített levegő löki felfelé, amely az egy méteres utat 800-900 ezredmásodperc alatt teszi meg. A becsapódás a tetőbe 20 g gyorsulással mindössze 20-80 ezredmásodperc alatt megy végbe, majd újra szabadesések és becsapódások sorozata követi egymást. Az elmélet szerint a sejtek „felfogóképessége” hosszabb, mint a becsapódáskor igénybevett 20-80 ezredmásodperc, ezért a sejtek erről az eseményről tudomást sem vesznek. Az egész FFM-ben töltött időt - napokat, heteket - folyamatos szabadesésként élik meg. A szekrény belseje maga a termosztát, a sejttenyészettel on-line kapcsolat van. Ennek a bioreaktor típusnak fő alkalmazási területe jelenleg az egysejtű élőlények tenyésztése. Az eddigi eredmények szerint nagyságrendekkel gyorsabban szaporodnak szabadesés közben, mint földhözragadt társaik.

A különböző típusú súlytalanságot szimuláló készülékek más-más elven működnek, és egészen más a felépítésük is. Ha az adott kísérlethez a lehető legmegfelelőbb feltételeket akarjuk biztosítani, az arra legalkalmasabb berendezést kell választanunk. A komplett számítógép-vezérlésű berendezést akkor használjuk, ha a sejt-, vagy szövettenyészet érzékeny, és folyamatos tápanyagellátást, ill. a bomlástermékek folyamatos eltávolítását igényli. A beteg szempontjából rendkívül értékes, csak műtét árán megszerezhető kísérleti anyagot, például a hasnyálmirigy szigetsejtjeit is ilyen, heteken át is zárt rendszerben működő berendezésben tenyésztjük, így a minta maximális sterilitása garantálható. Kísérleti célokra, például a sejtek fokozott működésének és differenciálódásának, a szövetképződés folyamatának, a tumorképződés fázisainak tanulmányozására a kisméretű RCCS készülékek a legalkalmasabbak. Ha nagytömegű mintákkal dolgozunk, a számítógép-vezérlésű RPM-et kell választanunk, ahogy ezt a porcszövet tenyésztésénél láttuk, de a kistérfogatú, sok párhuzamos mintával futó kísérletekre egyedül az asztali változat alkalmas. Az FFM, a folyamatos szabadesést szimuláló berendezés várhatóan a vírusok, baktériumok és más egysejtűek vizsgálatában nyit új fejezetet. Különbségek tehát vannak a háromdimenziós bioreaktorok felépítésében, működési elvében, felhasználhatóságában, de valamennyi típus ugyanazt a célt szolgálja. „Helyettesíti” a beteg szervezetet, lehetővé teszi, hogy a szervezet számára ártalmas, szenvedéssel, fájdalommal járó beavatkozásokat az emberi testen kívül lehessen elvégezni. Hosszantartó kórházi kezelésektől, hatástalan gyógyszerektől és gyógymódoktól kímélheti meg a betegeket.

Pár év múlva a bioreaktorok nélkülözhetetlen eszközei lesznek a kórházi laboratóriumok mindennapos rutinmunkájának. Talán csak az ott dolgozók fogják tudni, hogy az itt kezelt betegek gyógyulásukat a súlytalanságnak köszönhetik.

Várkonyi Andrea
Országos Epidemiológiai Központ
Mikrobiológiai Kutatócsoport

Irodalom:
P.H. Duray, S.J. Hatfill and N.R. Pellis: Tissue culture in microgravity. Science and Medicine 1997, pp 46-55
N. Conza, P. Mainil, F. Reiser, A. Cogoli: Tissue engineering in space. Journal of Gravitational Phisiology 2001, vol 8
D.A.M. Mesland: Novel ground-based facilities for research in the effects of weight. http://www.esa.int/publications
I. Walter: Space bioreactors: their use, their future. Journal of Gravitational Phisiology 2001, vol 8
A.Guidi: Mechanobiologic research bioreactor. http://altweb.jhsph.edu