Исследование, опубликованное сегодня в Cell Systems, показывает, что можно запустить и ускорить созревание выращенного в лаборатории органа без ущерба для точности или контроля.
«Беременность длится девять месяцев – для созревания новых органов требуется столько времени и даже месяцев после рождения – но если человеку нужна печень, он не сможет ждать так долго», – сказал автор исследования Мо Эбрахимхани, М.D., адъюнкт-профессор патологии и биоинженерии, член Питтсбургского центра исследования печени и Института регенеративной медицины Макгоуэна. «Мы показали, что можно получить ткань печени человека с четырьмя основными типами клеток и сосудистой сетью за 17 дней. Мы можем созреть ткань почти до третьего триместра всего за три месяца."
Другие группы пытались ускорить созревание органоидов в блюде с использованием факторов роста, но это дорого, непоследовательно и подвержено человеческим ошибкам, сказал Эбрагимхани.
Часто встречаются нежелательные ткани или типы клеток, такие как клетки кишечника или мозга, растущие в середине того, что должно быть твердой печенью.
Использование генной инженерии чище, но и сложнее организовать. Итак, Эбрагимхани сотрудничал с Патриком Каханом, Ph.D., в Университете Джона Хопкинса, чтобы использовать систему машинного обучения, которая может реконструировать гены, необходимые для созревания печени человека.
Затем Эбрагимхани вместе со своим сотрудником в Pitt, Samira Kiani, M.D., применили методы генной инженерии, включая CRISPR, чтобы превратить массу незрелой ткани печени, первоначально полученной из стволовых клеток человека, в то, что команда называет «дизайнерскими органоидами печени»."
Чем более зрелыми становились органоиды, тем больше капилляров и рудиментарных клеток желчных протоков проникало сквозь тонкий слой ткани, и тем больше функция крошечного органа соответствовала его полноразмерной естественной модели человека. Накопление энергии, накопление жира, химический транспорт, активность ферментов и производство белка были ближе к функции печени взрослого человека, но все же не идеально соответствовали.
Эбрагимхани представляет дизайнерские органоиды, имеющие три основных применения: открытие лекарств, моделирование болезней и трансплантация органов. Поскольку стволовые клетки могут поступать из собственного тела пациента, выращенные в лаборатории органы можно персонализировать, чтобы не было угрозы иммунного отторжения.
При трансплантации мышам с поврежденной печенью дизайнерские органоиды печени Эбрагимхани успешно интегрировались в тела животных и продолжали работать, производя человеческие белки, которые обнаруживались в крови животных и продлевали жизнь животных.
«Это доказательство принципа, демонстрирующее, что это возможно», – сказал Эбрагимхани.
Техника потенциально может пойти намного дальше.
"Наш образец – это человеческая печень, созданная природой, но вы можете выбрать любой дизайн, который вам нравится.
Например, вы можете сделать генетический переключатель, который защитит ткань от вируса, нацелен на ДНК вируса и уничтожит его ", – сказал Эбрагимхани. "Это отличает этот метод."
Среди дополнительных авторов исследования – соавторы Джереми Веласкес и Райан ЛеГроу, а также Фарзане Могхадам, доктор философии.D., Джозеф Маджоре, Джошуа Хислоп и Сильвия Лю, доктор философии.D., Питта; Юки Тан из Джона Хопкинса; Жаклин Килбурн и Кристофер Плезье, доктор философии.D., Университета штата Аризона; и Дэви Кэтс и Сусана Чува де Соуза Лопес, доктор философии.D., Медицинского центра Лейденского университета.
Несколько авторов подали патент (WO2019237124) на методы, описанные в этой статье.
Это исследование было поддержано Национальным институтом биомедицинской визуализации и биоинженерии (R01 EB028532 и R01 EB024562), Национальным институтом сердца, легких и крови (R01 HL141805), Аризонским центром биомедицинских исследований (ADHS16-162402), Национальным институтом диабета и диабета.
Заболевания пищеварительной системы и почек (P30 DK120531) и Национальный институт общих медицинских наук (T32GM008208 и R35GM124725).