Органоиды нового поколения растут и функционируют как настоящие ткани
Флуоресцентное изображение мини-кишки с характерными криптами, содержащими меченые стволовые клетки (красный). Предоставлено: М. Николаев, Lutolf Lab (EPFL).

Органоиды быстро становятся передовым инструментом современных наук о жизни. Идея состоит в том, чтобы использовать стволовые клетки для создания миниатюрных тканей и органов, которые точно напоминают и ведут себя как настоящие аналоги.

От фундаментальных биологических исследований до разработки и тестирования лекарств органоиды могут дополнять испытания на животных, предоставляя здоровые или больные ткани человека, ускоряя длительный путь от лаборатории до клинических испытаний. Кроме того, существует возможность использования органоидной технологии для замены поврежденных тканей или даже органов в будущем путем взятия стволовых клеток у пациента и выращивания из них новой печени, сердца, почки или легкого.

На сегодняшний день известные методы получения органоидов имеют значительные недостатки: стволовые клетки неконтролируемо развиваются в круглые и закрытые ткани, которые имеют короткий срок жизни, а также нефизиологические размер и форму, что приводит к общему анатомическому и/или физиологическое несоответствие с реальными органами.

Теперь ученые из группы под руководством Маттиаса Лютольфа из Института биоинженерии EPFL нашли способ направлять стволовые клетки в формирование органоида кишечника, который выглядит и функционирует как настоящая ткань. Этот метод, опубликованный в Nature, использует способность стволовых клеток расти и организовываться вдоль трубчатого каркаса, который имитирует поверхность нативной ткани, помещенной внутри микрожидкостного чипа.

Исследователи EPFL использовали лазер для создания этого каркаса в форме кишечника внутри гидрогеля — мягкой смеси сшитых белков, обнаруженных во внеклеточном матриксе кишечника, поддерживающих клетки в нативной ткани. Помимо того, что гидрогель является субстратом, на котором могут расти стволовые клетки, он также обеспечивает форму или «геометрию», которые позволят построить окончательную ткань кишечника.

Биоинженеры из EPFL создали миниатюрный кишечник в чашке, которая анатомически и функционально соответствует реальной вещи лучше, чем любые другие модели тканей, выращенные в лаборатории. Биологическая сложность и долговечность новой технологии органоидов — важный шаг на пути к тестированию на наркотики, персонализированной медицине и, возможно, когда-нибудь, трансплантации. Кредит: EPFL

После посева в подобный кишечнику каркас стволовые клетки в течение нескольких часов распространяются по нему, образуя сплошной слой клеток с характерными структурами крипт и ворсинчатыми доменами. Затем последовал сюрприз: ученые обнаружили, что стволовые клетки автоматически устроились, чтобы сформировать функциональную крошечную кишку.

«Похоже, что геометрия гидрогелевого каркаса с его полостями в форме крипт напрямую влияет на поведение стволовых клеток, так что они сохраняются в полостях и дифференцируются во внешних областях, как в естественной ткани. , — говорит Лютольф. Стволовые клетки не просто адаптировались к форме каркаса, они производили все ключевые дифференцированные типы клеток, встречающиеся в настоящем кишечнике, с некоторыми редкими и специализированными типами клеток, которые обычно не встречаются в органоидах.

Ткани кишечника известны самой высокой скоростью обновления клеток в организме, в результате чего в просвете классических органоидов накапливается огромное количество отмерших клеток, которые растут в виде замкнутых сфер и требуют еженедельного разрушения на мелкие фрагменты для их поддержания. в культуре. «Внедрение микрофлюидной системы позволило нам эффективно перфузировать эти мини-кишки и создать долгоживущую гомеостатическую органоидную систему, в которой рождение и смерть клеток сбалансированы», — говорит Майк Николаев, первый автор статьи.

Исследователи демонстрируют, что эти миниатюрные кишечники имеют много общих черт с их аналогами in vivo. Например, они могут регенерироваться после массивного повреждения тканей, и их можно использовать для моделирования воспалительных процессов или взаимодействий между хозяином и микробом, что ранее было невозможно с какой-либо другой тканевой моделью, выращенной в лаборатории.

Кроме того, этот подход широко применим для выращивания миниатюрных тканей из стволовых клеток, полученных из других органов, таких как легкие, печень или поджелудочная железа, а также из биопсий пациентов-людей. «Наша работа показывает, что тканевая инженерия может использоваться для контроля развития органоидов и создания органоидов следующего поколения с высокой физиологической значимостью, что открывает захватывающие перспективы для моделирования заболеваний, открытия лекарств, диагностики и регенеративной медицины», — говорит Лютольф./P>




Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *