Új távlatok az orvostudományban: a súlytalanság (1. rész)
(Rovat: Hazai kutatóhelyek és űripar, Új eszközök és anyagok - 2005.10.16 08:37.)

Sorozatunkban olyan eszközöket mutatunk be, amelyek segítségével mikrogravitációs kísérletek végezhetők el földi laboratóriumokban. Az első részben egy forgó sejttenyésztő készüléket mutatunk be, amelynek segítségével a sejtek inzulintermelését lehet fokozni, szívizom- és csontvelő-szövet növekedése vizsgálható.

Az űrélettan az orvostudomány legfiatalabb ága. Mindeddig - sejtélettani kísérletek alkalmával - szabályozhattuk a hőmérsékletet, a tápanyag és gázcsere összetevőit, a pH-t, de ki gondolt volna arra, hogy az evolúció során egyetlen változatlan környezeti tényezőt, a gravitáció megváltoztassa? Nehéz a minket körülvevő gravitációra úgy tekintenünk, mint életünk egyik változtatható paraméterére. 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 bioreaktorok olyan berendezések, amelyek az emberi sejt- és szövettenyészeteket a szimulált súlytalanság állapotában tartják amellett, hogy biztosítják számukra a megfelelő tápanyag- és gázcserét. A berendezéseket eredetileg űrutazások alkalmával végzett biológiai kísérletekhez tervezték, hogy a vizsgált tenyészeteket megvédjék a fel- és leszálláskor fellépő kártékony nyíróerőtől. Először a Spacelab fedélzetén alkalmaztak súlytalanságot szimuláló bioreaktort 1983-ban, de a világon elsőként Farkas Bertalan a Szaljut-6 fedélzetén végzett sejtbiológiai kísérleteket 1981-ben. Az Országos Epidemiológiai Központ Mikrobiológiai Kutatócsoportjának munkatársai tervezték meg számára azt a kísérletsorozatot, amely bebizonyította, hogy az emberi sejtek viselkedése megváltozik mikrogravitációs körülmények között.

Komplett RCCS bioreaktor.

A fenti ábrán egy komplett bioreaktor látható. Ehhez hasonlót használtak már a Mir űrállomás fedélzetén, és tucatjával fognak működtetni a Nemzetközi Űrállomáson. A négy kis ablakon át lassan forgó sejttenyésztő edények láthatóak, ablakonként egy-egy. Számítógépes vezérlés biztosítja a sejtek számára a megfelelő hőmérsékletet, pH-t, gázcserét, tápanyagcserét, a tenyészet sterilen tartható akár hónapokon át. A kontroll-panelen ellenőrizhető, hogy minden általunk beállított paraméter megfelelő-e. Amennyiben szükséges, módosítások is végezhetők. Ezt a bioreaktort a NASA mérnökei fejlesztették ki egy mikrogravitációs kutatási program (Microgravity Research Program) keretén belül, és forgó sejttenyésztő készüléknek (Rotary Cell Culture System – RCCS) nevezték el. A megfelelő sebességgel forgó tenyésztőedényekben a sejtek tápfolyadékban lebegnek. A gravitációból adódó nyíróerő vektorainak eredője zéró, a sejtek folyamatos szabadesésnek vannak kitéve, nem hat rájuk semmilyen mechanikai stressz. Ilyen körülmények között a sejtek nem úgy viselkednek, mint a hagyományos kétdimenziós tenyészetekben, hanem úgy, mint az élő szervezetben. Képesek egymással kommunikálni, aggregátumokká, szövet-, illetve szervkezdeményekké alakulni. Az RCCS alkalmas pl. arra, hogy segítségével a cukorbetegek hasnyálmirigyéből szeparált szigetsejteket megpróbálják inzulintermelésre bírni. Ennek sikerére van is esély, hiszen már sok hasonló próbálkozás bizonyította, hogy mikrogravitációs körülmények között a szigetsejtek inzulintermelése nagyságrendekkel intenzívebbé válik. Ha a kísérlet sikerrel jár, az újra működő sejteket visszaültetve van remény a cukorbetegség gyógyítására.

Asztali RCCS berendezés.

A fenti ábrán szintén egy RCCS készüléket látunk, de annak egyszerű, olcsóbb, bármelyik kutatóhely számára könnyen hozzáférhető változatát. A különbség pusztán annyi, hogy a tenyészet számára szükséges paramétereket nem számítógép szabályozza, hanem napi rendszerességgel kézi karbantartást és fokozott felügyeletet igényel. A négy edényből kettőben például egy mellrákban szenvedő nő rákos sejtjeit lehet vizsgálni. Ha a két tenyészetet két különböző kemoterápiás szerrel kezelik, napok múlva kiderül melyik a hatásosabb, így a beteg azonnal a megfelelő kezelést kaphatja. A harmadik tenyészetben egy szívinfarktuson átesett férfi ép szívizomszövetének kultúrája foroghat, amely heteken belül alkalmas lehet az elhalt rész pótlására. A negyedik helyen például azt vizsgálhatják, hogy a forgó csontvelőtenyészet átültethető-e a leukémiás betegbe.

Ilyen RCCS készülékek az 1990-es évek elejéig csak a NASA Marshall Space Flight Center kutatóhelyén működtek, ma azonban már a világ sok száz űrélettani laboratóriumában használják.

Várkonyi Andrea
Országos Epidemiológiai Központ
Mikrobiológiai Kutatócsoport