Jetra, ki se je rodila v laboratoriju, se je spremenila v delujoči organ v telesu miši • Yuliya Kondratenko • Znanstvene novice o "Elementih" • Biotehnologija

Jetrni kalčki, vzgojeni v laboratoriju, so postali delujoči organ v miški

Sl. 1. Shema eksperimenta. Celične celice jeter (iPSC-HE, celice jetrnih endoderm – predhodniki zrelih celic jeter) so bile pridobljene iz človeških iPS celic (iPSC). Te celice smo kultivirali na jedi Petri skupaj z mezenhimalnimi celicami (MSC) in vaskularnimi endotelnimi celicami (HUVEC). Po nastanku kompaktne jeterne rudimentacije smo ga presadili na imunsko neopredeljene miši in pregledali delovanje cepiva. Slika iz članka v razpravi Narava

Japonskim raziskovalcem je uspelo ustvariti presaditev jeter z uporabo nenavadne metode: niso razvili umetnega organa zunaj telesa kot celote, v laboratoriju pa so prejeli samo svoje embrionalne klice. Dva dni po implantaciji take jeterne rudimentov v telo eksperimentalne živali, presadek zrasel v krvne žile gostitelja in začel delovati in razvijati. Ko je umetno začel hepatitis, je presadek pomagal poskusni živali preživeti s prevzemanjem funkcije jeter.

Proizvodnja umetnih organov iz induciranih pluripotentnih celic je področje raziskav, ki se hitro napreduje tik pred našimi očmi.Pred kratkim smo na "Elementih" govorili o ustvarjanju umetnih kosti (glejte: Kosti presadke lahko dobite iz reprogramiranih človeških celic, 07.11.2013); Za to so bile celice – predhodne sestavine kostnega tkiva gojene na posebni osnovi, dobljene iz kosti tele po odstranitvi celic. In pred kratkim v reviji Naravna komunikacija se je pojavil članek o pridobivanju umetnega srca, dejansko po isti metodi – z gojenjem človeških celic na okostju, pridobljenega iz mišjega srca, iz katerega so bile odstranjene vse mišje celice (glej: Tung-Ying Lu et al., 2013. Repopulacija dekelulariziranega mišje celice s človeškimi povzročenimi pluripotentnimi celičnimi celičnimi kardiovaskularnimi progenitorskimi celicami).

Poleg tega je bila najdena zanimiva alternativa za metodo pridelave umetnih organov zunaj telesa prejemnika: izkaže se, da je v laboratoriju dovolj, da dobimo samo kalčke bodočega organa, ki se bodo, ko se vsadijo v organizem bodočega lastnika, razvili v polnopravni organ z zahtevanimi značilnostmi. Učinkovitost takega pristopa je pokazala skupina japonskih raziskovalcev, ki so v laboratoriju pridobili človeške presaditve jeter iz majhnih klicastih embrionalnih mikrobov.

Takšni zaokrožki so razporejeni nepošteno enostavnejši od zrelega organa, zato za njihovo gojenje ne potrebujejo zapletenih bioreaktorjev in strukturnih temeljev anatomske oblike. Za pridobitev jetrnih kalčkov je potrebno imeti le nekaj vrst celic: vaskularne celice, mezenhimske matične celice in celice jetrnih endodermov, ki ustrezajo tistim zarodnim celicam zarodka, ki se izlivajo iz nje in tvorijo bud prihodnje jeter. Slednje celice smo dobili iz induciranih pluripotentnih človeških celic, najprej jih pretvorili v endodermne celice (celice primarnega črevesja zarodka) in nato v celice jetrnih endoderm, v katerih že delujejo nekateri geni, značilni za zrelih jetrnih celic (slika 1). S pravilnim količinskim razmerjem teh vrst celic in njihovo gojenje na primernem substratu nastanejo razmere, ki so podobne tistim, v katerih se tvori embrionalni jetrni kalčki. Hkrati celice, ki rastejo na običajnih Petrijevih jedeh, tvorijo kompaktno strukturo, ki jo je mogoče uspešno presaditi v organizem prejemnika (glej sliko 2, sliko 3, pa tudi video).

Sl. 2 Oblikovanje kompaktne zastrupitve jeter s ko-kultiviranjem mezenhimalnih celic, vaskularnih endotelnih celic in celic jetrnih endoderm na posodi Petri. Slika iz članka v razpravi Narava

Jeklene zareze so bile implantirane v mesenterje eksperimentalne živali ali v glavo. Prednost slednje, navidezno čudne metode je sposobnost spremljanja razvoja presadka med življenjem miške. V tem primeru se majhno okno razreže v živalsko lobanjo, v katero je implantirana jetra, in odprtina je zaprta z zgornjega dela s tankim steklom. Tako se skozi steklo vidno razvija rdečilo jeter, zato živali ni treba ubiti in odstraniti presadka, da bi preučili njegov razvoj.

Sl. 3 Kompaktni jetrni kalčki se tvorijo le, če so celice gojene na ustreznem substratu (na desni strani). LAM – laminin, COL – kolagen IV, ENT – entaktin. Slika iz članka v razpravi Narava

Dva dni po operaciji so se posodice miši, s katerimi so presajene jeterne klice, rasle skupaj s posodami cepljenja, tretji dan pa je bil vzpostavljen normalen pretok krvi. Hkrati so se celice implantiranih jetrnih kalčkov pomnožile, mreža njegovih plovil pa se je razširila in postala bolj zapletena (slika 4). Za oceno zrelosti celic cepljenja v krvi eksperimentalnih živali je bila izmerjena raven humanega serumskega albumina (glejte humani serumski albumin).Ta protein se sintetizira s celicami jeter, merjenje njegove količine pa omogoča oceno funkcije jeter. Človeški serumski albumin se je pojavil v krvi eksperimentalnih živali deset dni po presaditvi, nato pa se je njena količina stalno povečevala, kar kaže na to, da se je implantirani klice človeških jetrnih celic dozorele. Tudi z analiziranjem ravni aktivnosti različnih genov je bilo razkrito, da se dva meseca po presaditvi glavni del celic implantiranega jetrnega kalčka spremeni v zrele celice.

Sl. 4 Razvoj vaskularnega omrežja v človeških jetrih, transplantiranih na eksperimentalno žival. Zelena ki kažejo vaskularne celice, rdeča – mezenhimalne matične celice, iz katerih se oblikujejo pericite (celice, potrebne za vzdrževanje stabilnosti žilnega omrežja). Slika iz članka v razpravi Narava

Zanimivo je, da implantirana mišja jetra, ki izvirajo iz človeških celic, še naprej delujejo na človeški način. Poleg aktivne proizvodnje zgoraj omenjenega humana serumskega albumina je svoje druge funkcije opravljala tudi "človeško".

Ena od ključnih dolžnosti jeter je nevtralizacija različnih tujih snovi za telo tako, da jih pretvorimo v druge spojine, ki so manj strupene in jih je laže odstraniti iz telesa. Jetra in zdravila, ki so tudi tujci telesa, so uničeni v jetrih. Pote takšnih transformacij istih snovi se lahko pri različnih organizmih razlikujejo. Zlasti so znana določena zdravila – ketoprofen in debrisokin (Debrisoquine) – ki se v človeški jetri in mišji jetri spreminjajo na različne načine.

Človeške presaditve jeter, pridobljene iz človeških celic, spremenijo ketoprofen in drobisokvin na človeški način, ne pa v miš. Zato lahko miši s takimi presadki uporabimo kot modele za proučevanje človeškega metabolizma.

Za preizkušanje kakovosti jetrnih cepljenk, pridobljenih s to metodo, smo uporabili posebno linijo miši, pri kateri je bilo mogoče povzročiti hepatitis, ko je dajal majhen odmerek toksina davice. En teden po implantaciji primordija človeške jeter se je začela bolezen lastne jeter živali in preživetje živali, ki so bile v takšni operaciji,precej presegla preživetje živali, pri katerih cepljenje ni bilo implantirano. Tako je bilo dokazano, da implantabilna jetra je že teden dni po presaditvi sposobna učinkovito opravljati svoje funkcije.

Pomemben rezultat dela je prikaz kljucne vloge celicnega okolja, v katerem se oblikuje bud prihodnjega organa, za njegovo nadaljnje delovanje. Torej, iz pluripotentnih celic je možno, da se celice jeter razvijejo ločeno in jih presadijo v eksperimentalno žival, vendar bodo takšne celice delovale manj učinkovito kot celice, ki so bile izvorno vzrejene v okolju mesenchymalnih in žilnih celic ter presadile v telo kot zarodek bodoče jeter.

Avtorji dela so uspeli umetno pridobiti delujoče rokodelce človeške jeter, ki se lahko še naprej razvijajo, ko se presadijo v telo prejemnika. Pripravki so bili pridobljeni z ustvarjanjem za celice jetrnih endoderm celično okolje, podobno embrionalni, in se je izkazalo, da signali, ki jih pošiljajo druge celice, zadostujejo, da tvorijo redne jetrne klice, tudi če so celice gojene samo na ravno površino.

To pomeni, da je pri pridobivanju umetnih organov izredno pomembno, da izberemo začetno sestavo celic: ne smejo biti prisotne samo celice, ki bodo glavne delovne celice bodočega organa, temveč tudi celice, ki jim bodo poslale signale, potrebne za ustrezen razvoj. Kvantitativna sestava in substrat, na katerem rastle celice, so prav tako pomembni za nastanek organa. Če pogoji nastajanja kalčka dovolj spominjajo na naravne razmere, v katerih se ta organ oblikuje v človeškem zarodku, se bolj verjetno, da se nastajajoči kalčki razvijejo optimalno in da se organ lahko popolnoma oblikuje že v telesu prejemnika. Ko s to metodo pridobimo umetne organe, ni potrebe po kompleksnih bioreaktorjih anatomske oblike in najti način za organizacijo pravilne notranje strukture organa, saj bo nastal predvsem v telesu prejemnika, ki ga prilagaja. Uspeh japonskih raziskovalcev nam omogoča upanje na učinkovitost tega zanimivega pristopa k pridobivanju cepljenk.

Vir: Takanori Takebe, Keisuke Sekine, Masahiro Enomura, Hiroyuki Koike, Masaki Kimura, Takunori Ogaeri, Ran-Ran Zhang, Yasuharu Ueno; Presaditev organa, ki izvira iz IPSC-a // Vaskularizirana in funkcionalna človeška jetra Narava. Objavljeno na spletu 4. julija 2013. Doi: 10.1038 / nature12271.

Julija Kondratenko


Like this post? Please share to your friends:
Dodaj odgovor

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: