Zaboravite na špinat kao izvor željeza za snažne mišiće! Ionako je visoka razina željeza u špinatu tek urbana legenda (vidi okvir uz tekst), ali ga nova istraživanja i dalje povezuju s jednim mišićem – onim srčanim: špinat bi mogao postati jedan od ključnih faktora za regeneraciju tkiva srca tijekom oporavka od infarkta, pa i za uzgoj srčanog tkiva za potrebe transplantacije.

Znanstvenici s Worcester Polytechnic Institute (WPI) i suradnici iz drugih institucija uspješno su iskoristili listove špinata kao skelet za laboratorijski uzgoj ljudskog srčanog tkiva, što su i objavili u znanstvenom radu "Crossing kingdoms: Using decellularized plants as perfusable tissue engineering scaffolds" iz 2017. Danas se čini da bi taj inovativni „biljni laboratorij za regeneraciju srca“ mogao revolucionirati regenerativnu medicinu.

Biljna arhitektura za ljudsko srce

Listovi špinata posjeduju razgranatu mrežu „vena“ koja podsjeća na ljudske kapilare – to su fine i razgranate cjevčice koje se kod biljke koriste za transport vode i hranjivih tvari, a u ljudskom organizmu služe za prijenos krvi i kisika. Upravo ta sličnost u mikroarhitekturi omogućila je znanstvenicima da naprave ono što bi zvučalo suludo da nije objavljeno u ozbiljnom znanstvenom časopisu.

Kako bi špinat od obične "zelenjave" postao koristan i uporabljiv biomedicinski materijal, istraživači su primijenili proces decelularizacije: listovi su uronjeni u otopinu koja razgrađuje i uklanja biljne stanice (najčešće je to natrijev dodecil sulfat, SDS), ostavljajući netaknuti kostur lista sastavljen od celuloze. Celuloza je polisaharid koji ne izaziva imunološki odgovor u ljudskom tijelu, što ju čini idealnim materijalom za biološke skafolde (skeletne potpore tkivima).

Nakon temeljitog ispiranja i sterilizacije, ostaje gotovo proziran, žilasto-fibrozni list, unutar kojeg su i dalje očuvani glavni i bočni žilni kanali. Ti kanali se mogu perfundirati – kroz njih je moguće provoditi tekućine pomoću pumpe, čime se simulira protok krvi. To je ključno za rast i održavanje ljudskog tkiva, jer stanice bez dotoka hranjivih tvari i kisika umiru već nakon nekoliko sati. Tako priređen biljna kostur tada je spreman za naseljavanje ljudskim stanicama. U studiji objavljenoj u časopisu Biomaterials tim je pokazao kako su rekonstruirane vaskularne mreže u špinatu sposobne transportirati tekućinu uz sličan protok kao kapilare u ljudskom organizmu, što je do sada bio jedan od najvećih izazova u biotiskanom tkivu.

Srce koje kuca na listu

Nakon što su listovi špinata pripremljeni, znanstvenici su ih naselili ljudskim srčanim stanicama, točnije diferenciranim kardiomiocitima, koji su prethodno uzgojeni iz matičnih stanica ili već izolirani iz uzoraka. Postupak naseljavanja uključuje inokulaciju – ubrizgavanje suspenzije stanica u list pomoću mikroigle ili jednostavno uranjanje lista u staničnu kulturu, čime se stanice talože u unutrašnjost vaskularne mreže lista.

Zahvaljujući sačuvanoj mikrostrukturi vena lista, stanice se mogu pravilno rasporediti i pričvrstiti na celuloznu podlogu, dobivajući stabilno sidrište za rast. Unutar samo pet dana, u optimalnim laboratorijskim uvjetima, stanice su počele spontano kontrahirati – odnosno pulsirati – u ritmičkim valovima, kao što to čine stanice u stvarnom srcu. Ova spontana kontraktilna aktivnost bez vanjskog podražaja upućuje na funkcionalnu zrelost i međusobnu povezanost stanica.

Fluorescentnim bojenjem i mikroskopskom analizom potvrđena je prisutnost ključnih proteina povezanih s kontraktilnom funkcijom – među njima i troponin T, koji je jedan od najvažnijih biomarkera za detekciju srčane aktivnosti, ali i poznat iz kliničke dijagnostike srčanog udara. Njegova prisutnost dokazuje da stanice nisu samo preživjele nego i aktivno funkcioniraju unutar biljne strukture.

Ova pojava – funkcionalno srčano tkivo koje raste unutar dekontaminiranog lista špinata – predstavlja impresivan dokaz koncepta (proof-of-concept) za korištenje biljnih vaskularnih struktura u regenerativnoj medicini. U teoriji, ovakvo tkivo jednog bi dana moglo poslužiti za popravak manjih oštećenja srčanog mišića, primjerice nakon infarkta, ili čak kao dio složenijih bioprintanih organa.

Više od špinata: biljni svijet kao laboratorij

Osim špinata, istraživači su eksperimentirali s nizom drugih biljaka, nastojeći pronaći optimalne prirodne skelete za različite vrste ljudskog tkiva. Peršin, zbog svoje fine i gusto povezane žilne mreže, pokazao se zanimljivim za modeliranje finih kapilarnih struktura, dok je slatki pelin (Artemisia annua) privukao pažnju zbog svoje složene mikroanatomije i mogućnosti za višeslojno naseljavanje stanicama.

Znanstvenici su otkrili da se odabir biljke može strateški usmjeriti prema željenoj primjeni: drvenaste biljke, poput bambusa ili čak drva breze, zbog svoje čvrstoće i vlaknaste unutrašnje strukture, mogle bi poslužiti kao zamjena za trabekularnu kost – onu spužvastu komponentu koja se nalazi unutar većih kostiju. Njihova krutost i mikroporoznost potencijalno omogućuju kolonizaciju osteoblastima – stanicama koje grade kost – te difuziju hranjivih tvari kroz složenu mrežu kanala.

S druge strane, biljke s prirodno šupljim stabljikama, kao što su stabljike celera ili stabla bršljana, imaju geometriju pogodnu za modeliranje šupljih organa ili krvnih žila – gdje je kontinuirani lumen (šupljina) ključan za nesmetan protok tekućina ili zraka. Ispitivanjem različitih biljaka u laboratorijskim uvjetima utvrđeno je da se njihova sposobnost zadržavanja tekućine, brzina perfuzije i kapacitet difuzije mogu kvantificirati i usporediti, čime je otvoren cijeli novi poddisciplinarni prostor: biljna biomehanika u službi regenerativne medicine.

Osim fizičkih karakteristika, analizirane su i kemijske stabilnosti biljnih skela nakon decelularizacije i sterilizacije, kako bi se osiguralo da ne dolazi do razgradnje ili nepoželjne interakcije s ljudskim stanicama. Ispitivanjem je potvrđeno da su neke biljne vrste otpornije na sterilizacijske agense, dok druge bolje zadržavaju fine mikrostrukture potrebne za preciznu organizaciju ljudskih stanica. Ovi podaci omogućuju selekciju optimalne biljne vrste ovisno o krajnjoj medicinskoj primjeni.

Budućnost regenerativne medicine

Ova istraživanja predstavljaju značajan korak naprijed u korištenju prirodnih struktura za regeneraciju ljudskog tkiva. Kombinacijom znanja iz biologije, inženjerstva i medicine, znanstvenici otvaraju nove mogućnosti za liječenje bolesti koje su dosad bile teško rješive. No kao i uvijek kada znanost kroči u domenu inovativnog i neočekivanog – kao što je presađivanje srca uzgojenog na listu salate – ključno je zadržati dozu entuzijazma, ali i skeptične znatiželje.

Jer premda je špinat pokazao potencijal da za naše zdravlje može učiniti više od upitnog opskrbljivanja prehrambenim željezom, još je dalek put do dana kada će kardiokirurg u operacijskoj sali implantirati srce uzgojeno na Popeyevoj omiljenoj biljci. Do toga nas čekaju dugi nizovi pokusa, imunološke probe, toksikološke analize, testiranja na životinjama i brojne etičke rasprave.

No pomisao da priroda sa svom svojom neponovljivom geometrijom već ima gotove nacrte za ono što najnapredniji 3D-biopisači tek pokušavaju replicirati, vraća vjeru u mogućnost pronalaženja jednostavnih i prirodnih rješenja za neke važne i složene medicinske probleme.

 . . .

^{Igor „Doc“ Berecki je pedijatar-intenzivist na Odjelu intenzivnog liječenja djece Klinike za pedijatriju KBC Osijek. Pobornik teorijske i praktične primjene medicine i znanosti temeljene na dokazima, opušta se upitno ne-stresnim aktivnostima: od pisanja znanstveno-popularnih tekstova u tiskanom i online-izdanju časopisâ BUG, crtkanja računalnih i old-school grafika i dizajna, zbrinjavanja pasa i mačaka, fejsbučkog blogiranja o životnim neistinama i medicinskim istinama, sve do kuhanja upitno probavljivih craft-piva i sasvim probavljivih jela, te neprobavljivog sviranja bluesa.}