Sel-sel dan jaringan dalam tubuh kita tumbuh, berkembang dan berinteraksi dalam, dunia tiga-dimensi  yang sangat kompleks. Demikian pula, berbagai mikroba patogen yang menyerang tubuh kita dan menyebabkan penyakit menular berinteraksi dengan lingkungan jaringan kompleks 3-D. Namun, metode kultur dan mempelajari sel manusia secara tradisional telah dilakukan dalam dua dimensi pada permukaan kedap datar. Sementara kultur 2-D tersebut dan upaya pemodelan telah menghasilkan aliran kritis wawasan ke dalam perilaku sel dan mekanisme infeksi dan penyakit, budaya sel 2-D memiliki keterbatasan utama dalam hal akurat mereproduksi lingkungan jaringan secara in vivo, yaitu, lingkungan ditemukan dalam organisme hidup.

Dalam edisi terbaru jurnal Nature Reviews Microbiology, peneliti Cheryl Nickerson dan timnya di Institut Biodesign di Arizona State University sorot sebuah pendekatan inovatif untuk mempelajari sel dalam 3-D. They are examining the potential of such research to greatly expand science's understanding of disease onset and progression, particularly the responses of host cells to infectious pathogens. Mereka memeriksa potensi penelitian tersebut untuk memperluas pemahaman ilmu tentang timbulnya penyakit dan perkembangan, khususnya respon sel inang untuk patogen infeksius. pekerjaan tersebut memberikan wawasan segar ke dalam mekanisme penyakit menular dan memiliki potensi untuk desain terapi baru atau yang ditingkatkan, skrining obat yang lebih akurat dan evaluasi peningkatan calon vaksin yang potensial.

Meskipun terjadi kemajuan besar dalam memahami bagaimana patogen infeksius berhasil menghindari sistem kekebalan tubuh dan menyebabkan penyakit, dan perlakuan yang berhasil atau pemberantasan beberapa penyakit mematikan; penyakit menular tetap menjadi kesehatan besar dan beban ekonomi, terutama di negara berkembang. Mereka terus menyebabkan sekitar 35 persen dari semua kematian di seluruh dunia, menewaskan sekitar 14-17.000.000 orang setiap tahunnya. Many of these deaths could be prevented through the development of in vitro models of human cells and tissues that better mimic in vivo environments. Banyak dari kematian ini dapat dicegah melalui pengembangan dalam model in vitro sel manusia dan jaringan yang lebih baik meniru di lingkungan vivo.

Sebelum adanya metode kultur 3-D, sel-sel manusia yang digunakan untuk penelitian adalah biasanya tumbuh pada permukaan datar (sering terdiri dari polystyrene diobati atau kaca), mengakibatkan pertumbuhan sel lembar 2-D yang dikenal sebagai monolayers. Namun, mengisolasi sel-sel dari arsitektur mereka 3-D dan mikro asli datang pada harga. Sebagai Jennifer Barrila, salah satu penulis utama review ini menjelaskan, "kita tahu bahwa jika Anda mengambil biopsi dari tisu, menghomogenkan dan piring itu pada permukaan yang datar dan mengikuti perkembangannya, itu akan segera de-membedakan dan mulai kehilangan banyak fitur dan fungsi yang biasanya telah di tubuh, karena tidak lagi dalam bentuk 3-D yang khas."

Sejumlah teknik inovatif sekarang ada untuk membangun model kultur sel 3-D yang lebih mampu meniru dalam karakteristik vivo sel dan jaringan dalam tubuh. Review saat ini memfokuskan pada penggunaan satu teknologi yang menjanjikan seperti yang pada awalnya dikembangkan oleh para insinyur NASA untuk mensimulasikan aspek lingkungan gayaberat mikro yang dihadapi oleh sel dikultur selama spaceflight.

Teknologi ini, dikenal sebagai bioreaktor dinding kapal berputar atau RWV, adalah aparat, silinder berputar, diisi dengan media budaya memasok nutrisi penting ke sel. Sedimentasi alami sel karena gravitasi diimbangi oleh rotasi bioreaktor itu, mengakibatkan jatuh lembut sel dalam media dalam chamber. Selama budaya, sel yang melekat pada manik-manik microcarrier berpori (atau perancah lainnya) yang memungkinkan untuk respon selular untuk gradien kimia dan molekul dalam tiga dimensi secara erat meniru kondisi yang dihadapi oleh jaringan in vivo. Dengan kondisi tersebut, sel-sel akan agregat untuk membentuk struktur jaringan seperti 3-D.

Budaya sel lingkungan dalam bioreaktor RWV juga dirancang untuk mereplikasi alam, kondisi fisiologis yang relevan dari geser fluida rendah yang ditemukan dalam tubuh. Cairan geser adalah kekuatan mekanik yang diberikan oleh pergerakan cairan pada permukaan sel dan telah ditemukan untuk memainkan peran penting dalam selular, pengembangan diferensiasi dan fungsi. Menariknya, penelitian eksperimental dilakukan oleh Nickerson dan timnya telah terlibat lingkungan geser rendah cairan dalam mengatur potensi patogen penyakit menular dari manusia tertentu. Secara khusus, kondisi yang dihadapi oleh patogen di daerah-daerah tertentu saluran pencernaan, pernapasan dan urogenital merupakan lingkungan geser rendah cairan yang memiliki potensi untuk mengubah hasil dari proses penyakit menular.

Selama satu dekade terakhir, kelompok Nickerson dan rekan telah menerbitkan model mereka 3-D dari usus kecil dan besar, paru-paru, plasenta, jaringan neuronal dan epitel vagina. Model tersebut menawarkan wawasan baru yang menarik ke dalam proliferasi sel, diferensiasi dan fungsi kekebalan tubuh, dan menyediakan sebuah platform untuk memahami homeostasis jaringan normal dan transisi terhadap penyakit. Selanjutnya, model-model 3-D juga telah meluncurkan cara-cara baru yang patogen menyebabkan penyakit dan telah memperluas kisaran patogen yang dapat dipelajari secara in vitro. Penting untuk baris ini penelitian, model 3-D merespons infeksi dengan cara-cara penting yang menyerupai inang terinfeksi.

Studi ini termasuk infeksi jaringan usus 3-D oleh patogen bakteri dan virus yang bertalian dengan makanan termasuk Salmonella typhimurium dan norovirus, masing-masing, dan infeksi jaringan paru 3-D oleh bakteri Pseudomonas aeruginosa patogen. Nickerson menekankan bahwa model jaringan 3-D telah membuka pintu untuk memeriksa berbagai interaksi inang-patogen yang sebelumnya sulit atau tidak mungkin untuk belajar melalui cara-cara konvensional.

Nickerson juga melihat masa depan yang menjanjikan untuk kultur sel 3-D dalam memfasilitasi terjemahan ilmu pengetahuan dasar untuk pengaturan klinis. Dia menekankan bahwa pengembangan dan penggunaan dari serangkaian semakin kompleks sistem model 3-D yang menggabungkan beberapa jenis sel akan memungkinkan mempelajari berbagai penyakit manusia, termasuk yang disebabkan oleh infeksi dan kelainan genetik seperti kanker. Selain itu, penggabungan dari model ini sebagai pengganti jaringan manusia pada tahap awal proses desain obat yang berpotensi dapat membantu dalam mengurangi jumlah kandidat obat yang tidak memadai yang masuk ke dalam uji klinis dengan menyediakan dalam model in vitro yang lebih prediktif dari dalam tanggapan vivo , sehingga mengurangi waktu dan biaya mendapatkan terapi untuk pasar.

Selain itu, penggabungan dari model ini sebagai pengganti jaringan manusia pada tahap awal proses desain obat yang berpotensi dapat membantu dalam mengurangi jumlah kandidat obat yang tidak memadai yang masuk ke dalam uji klinis dengan menyediakan dalam model in vitro yang lebih prediktif dari dalam tanggapan vivo , sehingga mengurangi waktu dan biaya mendapatkan terapi untuk pasar.

Selain posisinya di Institut Biodesign Center for Infectious Diseases dan Vaccinology, Cheryl Nickerson adalah profesor ilmu-ilmu hayati di Arizona State University School of Life Sciences.

Editor's Catatan: Artikel ini tidak dimaksudkan untuk memberikan nasihat medis, diagnosis atau perawatan.

Cerita Sumber:

Cerita di atas dicetak (dengan adaptasi editorial oleh staf harian Ilmu Pengetahuan) dari bahan-bahan yang disediakan oleh Arizona State University , melalui EurekAlert! , sebuah layanan AAAS. Artikel asli ditulis oleh Richard Harth, Biodesign Institute di ASU Ilmu Writer.

Referensi jurnal:

1. Jennifer Barrila, Andrea L. Radtke, Aurélie Crabbé, Shameema F. Sarker, Melissa M. Herbst-Kralovetz, C. Mark Ott, Cheryl A. Nickerson. Organotypic 3D cell culture models: using the rotating wall vessel to study host–pathogen interactions . Nature Reviews Microbiology , 2010; 8 (11): 791 DOI: 10.1038/nrmicro2423

The malaria artemisinin garis depan pengobatan bisa segera mengobati lebih banyak orang dengan biaya murah, berkat kerjasama penelitian antara Bradford dan Shanghai.

Artemisinin adalah pengobatan terkemuka di pasar mampu memerangi-tahan strain obat malaria, namun bentuk yang lebih efisien obat sangat dibutuhkan. Bahan aktif hanya 1 persen dari pabrik dan ketika diambil dalam bentuk tablet, kelarutan miskin berarti bahwa jumlah obat yang diserap ke dalam aliran darah bisa serendah 20%.

Ekstrak dari rumput tumbuh terutama di China dan Vietnam, artemisinin juga rentan terhadap panen miskin, mengubah praktek pertanian dan bencana alam. Stocks were devastated in 2008 by the Sichuan Earthquake. Saham hancur pada tahun 2008 oleh Gempa Sichuan.

Sekitar 3,3 milyar orang - setengah dari populasi dunia - berada pada risiko malaria, dengan sekitar 250 juta kasus baru setiap tahun dan hampir satu juta kematian, terutama di negara berkembang.

Ahli dalam desain dan pemberian obat dari University of Bradford bekerja dengan para ilmuwan dari Jilin University dan Shanghai Institut Materia Medica - mana artemisinin pertama kali diekstraksi pada tahun 1960 - untuk membuat versi obat yang menyimpan lebih banyak aktif bahan selama manufaktur dan dapat diambil lebih mudah oleh tubuh.

Karena penyerapan rendah produk yang dipasarkan saat ini, dosis obat saat ini harus sampai lima kali lipat jumlah yang harus diperlukan. Hal ini tidak hanya membebani pasien dengan obat-obatan yang tidak perlu, sisa stok obat yang berharga dan meningkatkan kemungkinan efek samping, juga meningkatkan biaya pengobatan - suatu faktor penting dalam mengembangkan negara-negara dimana malaria merupakan risiko terbesar.

"Penelitian kami fokus pada pembuatan penggunaan terbaik dan paling efektif dari sediaan artemisinin yang tersedia untuk kita," jelas Profesor Peter York, yang memimpin proyek di Bradford.

"Kami telah bekerja di masa lalu dengan obat menantang lain, jadi kami percaya kami juga ditempatkan untuk membuat dampak. Sedangkan kelompok penelitian lain melihat memodifikasi tanaman atau sintesis obat untuk mengatasi masalah suplai, kita ingin memastikan kami dapat menciptakan sebuah obat yang bekerja secara efisien pada dosis minimum, di mana pun pasokan berasal dari. "

Karena artemisinin sangat sensitif terhadap oksidasi dan panas, sebagian dari bahan aktif yang berharga hilang dengan metode ekstraksi pelarut tradisional berbasis. Tim akan menggunakan proses pembuatan obat yang dikembangkan di Bradford, yang disebut Super Kritis Fluida (SCF), proses yang dilakukan pada suhu relatif rendah dan lebih ramah daripada metode ekstraksi konvensional. Para peneliti percaya bahwa jumlah besar artemisinin berkualitas tinggi akan disimpan dengan menggunakan metode pembuatan. Studi SCF akan dilakukan oleh perusahaan spin-out dari University of Bradford Institut Farmasi Inovasi - CrystecPharma, dan anak perusahaan yang berbasis di Tianjin, Cina.

Penelitian ini juga akan mencari cara untuk meningkatkan tingkat solusi dan penyerapan artemisinin melalui proses SCF, dengan memodifikasi ukuran dan bentuk partikel obat dan mungkin menggabungkan polimer hidrofilik ke partikel obat. Absorption studies and chemical analysis will be carried out by the Chinese project partners. Studi Penyerapan dan analisis kimia akan dilakukan oleh mitra proyek Cina.

Proyek telah didanai bersama oleh RCUK melalui program Jembatan Sains dan oleh Menteri Cina Sains dan Teknologi. The University of Bradford dijamin hibah 1.27M £ melalui program untuk menjalin kemitraan dan mengembangkan penelitian kolaboratif menjadi obat-obatan baru dan produk-produk kesehatan dengan universitas terkemuka dan perusahaan kesehatan di seluruh China. Kolaborasi artemisinin adalah salah satu dari 11 proyek yang saat ini didanai oleh Bradford's program Jembatan Ilmu.

"Proyek ini merupakan contoh yang bagus dari apa Bradford's Science Bridges dapat melakukan, menyatukan yang terbaik dari Inggris dan yang terbaik dari Cina untuk melakukan penelitian yang inovatif, dan mengirimkan produk baru dengan manfaat kesehatan yang berpotensi besar untuk jutaan orang," kata Profesor York. "Baik para peneliti di Inggris, maupun orang-orang di China, bisa melakukan ini sendirian, tetapi bersama-sama kami percaya kami memiliki peluang bagus untuk sukses."

Cerita Sumber:

Cerita di atas dicetak (dengan adaptasi editorial oleh staf harian Ilmu Pengetahuan) dari bahan-bahan yang disediakan oleh University of Bradford , melalui AlphaGalileo .