В 2006 году японские учёные изобрели новый способ создания плюрипотентных стволовых клеток посредством эпигенетического репрограммирования клеток соединительной ткани. Их открытие привело к появлению очень ценного типа клеток, который можно использовать для выращивания любых клеток человеческого организма.
При культивировании этих так называемых индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS клеток) в виде трехмерных клеточных агрегатов путем селективного добавления факторов роста можно создать функциональные миниатюрные варианты органов, так называемые органоиды. В последние годы эта технология используется, например, для создания моделей клеточных культур кишечника, легких, печени, почек и мозга.
Такие органоиды часто удивительно похожи на реальные ткани. Однако большинство из них остались незавершенными из-за отсутствия стромальных клеток и поддерживающих жизнедеятельность структур. Например, в тканях отсутствовали кровеносные сосуды и иммунные клетки. В процессе эмбрионального развития все эти структуры вовлечены в процесс постоянного обмена, они влияют друг на друга и тем самым способствуют развитию и созреванию ткани или органа. Болезни также обычно развиваются в тканевом контексте с вовлечением различных типов клеток. Поэтому селективное включение стромальных компонентов, и особенно функционирующих кровеносных сосудов, будет способствовать созреванию уже существующих органоидных моделей.
Ученые из Вюрцбургского университета сделали важный шаг в направлении разработки таких сложных органоидов и создали так называемые мезодермальные прогениторные клетки из плюрипотентных стволовых клеток. При правильных условиях такие клетки-предшественники способны создавать кровеносные сосуды, иммунные клетки и клетки соединительной ткани.
Чтобы продемонстрировать потенциал мезодермальных прогениторных клеток, ученые смешали их с опухолевыми, а также со стволовыми клетками мозга, которые ранее были получены из iPS клеток человека. Эта смесь выросла в чашке Петри в трехмерный органоид опухоли мозга с функциональными кровеносными сосудами, соединительной тканью и специфическими для мозга иммунными клетками, так называемой микроглией. Cосуды в составе органоида-опухоли соединяются с сосудами-хозяевами после трансплантации. Также примечательно, что мезодермальные прогениторные клетки доставляют микроглиальные клетки в нервную ткань.
Органоиды обладают удивительным схосдством с реальными эмбриональными тканями. На рисунке слева направо: 3D-реконструкция сосудистой сети внутри органоида; органоид головного мозга с кровеносными сосудами (красные) и стволовыми клетками мозга (зеленые); органоид-опухоль с кровеносными сосудами (красные) и опухолевыми клетками (зеленые).
В будущем органоиды, созданные с помощью новой технологии, помогут ученым пролить свет на процессы, связанные с генезисом заболеваний, и более подробно проанализировать влияние терапевтических методов перед их использованием. Это позволило бы сократить число экспериментов на животных. Кроме того, органные модели могут способствовать лучшему пониманию процессов эмбрионального развития и позволят выращивать ткани, которые могут быть эффективно трансплантированы, поскольку они уже имеют функциональную сосудистую систему.
Статья Wörsdörfer et al. Generation of complex human organoid models including vascular networks by incorporation of mesodermal progenitor cells опубликована в журнале Scientific Reports.
Елена Панасюк, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Universitat Wurzburg: Complex organ models grown in the lab.
