Созданные в лаборатории мини-органы выращивают собственные кровеносные сосуды
Созданные учеными в лаборатории крошечные структуры, имитирующие сердце, печень, легкие и кишечник, становятся все более сложными и приближаются по своему строению к настоящим органам. Впервые в подобных моделях удалось получить клеточные типы и микроструктуры, которые раньше были недоступны. Отсутствие сосудистой системы долгое время ограничивало развитие органоидов — без кровоснабжения они оставались малыми по размеру, недоразвитыми и неспособными выполнять полноценные функции. Это особенно важно для почек, которым необходимы сосуды не только для питания, но и для фильтрации крови и выработки мочи, а также для легких — для обмена газообмена в крови, удаления из нее углекислого газа и обогащения ее кислородом.
Революционное достижение стало возможным благодаря принципиально новому подходу: теперь ученые выращивают органоиды сразу с кровеносными сосудами. Для этого биологи использовали плюрипотентные стволовые клетки, которые могут превращаться в клетки любого типа, и добились того, чтобы ткани органов и сосудов формировались одновременно. Ранее ученые пытались «достраивать» сосуды к уже существующим тканям, создавая так называемые ассемблоиды, но их структура оставалась далекой от настоящих органов.
Прорыв произошел случайно: при выращивании эпителиальных клеток — внешней оболочки органов — исследователи заметили появление клеток, напоминающих так называемый эндотелий — внутреннюю выстилку сосудов. Обычно такие «загрязнения» удаляют, но группа специалистов из Мичиганского университета решила не делать этого и понаблюдать за поведением клеток-примесей. Вдохновившись этим, команда китайских ученых под руководством Ифэя Мяо разработала способ управлять одновременным ростом эпителиальных и сосудистых клеток в одной культуре. Главной трудностью управления является то, что эти клетки требуют противоположных биохимических сигналов. Но правильно подобранный и своевременно введенный коктейль из необходимых сигнальных молекул сумел заставить эти клетки расти вместе.
В результате были получены легочные органоиды, которые после пересадки мышам стали формировать различные клетки легких, в том числе те, которые отвечают за газообмен в альвеолах. На 3D-матрице такие клетки самостоятельно формировали структуры, похожие на альвеолярные мешочки. То же удалось повторить с кишечными органоидами. Команда ученых из Стэнфорда использовала схожую методику для создания мини-сердец и мини-печени. В сердечных органоидах формировались не только мышечные и сосудистые ткани, но и элементы нервной системы, отвечающие за ритмичное сокращение искусственного органа, а сосуды разветвлялись на тончайшие капилляры, проникая вглубь ткани.
Ученые подчеркивают, что пока что созданные ими органоиды соответствуют лишь ранним стадиям эмбрионального развития. Чтобы приблизиться к полноценным, способным функционировать, органам, потребуется объединить методы одновременного роста тканей и последующей сборки ассемблоидов. Следующим этапом станет создание более крупных сосудов, каркасных тканей, а также лимфатической системы, которая нужна для вывода из тканей отходов. Впереди и главный вызов — заставить эти сосуды работать по-настоящему, обеспечивая полноценный кровоток. Такие органы обещают стать уникальным полигоном будущего для испытания новых лекарств и терапевтических вмешательств. Также выращивание органоидов в лаборатории может стать решением проблемы нехватки донорских органов для трансплантации.
Ранее ученые разработали технологию по выращиванию кровеносных сосудов на чипе.
