Uzgaja se u rudimentima laboratorij jetre pretvorio u miševa u funkcioniranje organa • Julia Kondratenko • Znanost Vijesti na temu „Elementi” • biotehnologiju

Jetreni klica uzgojena u laboratoriju postala je funkcionalni organ u mišu

Sl. 1. Shema eksperimenta. Endodermne stanice jetre (iPSC-HE, endodermne stanice jetre – prekursori zrelih jetrenih stanica) dobiveni su iz humanih iPS stanica (iPSC). Te su stanice uzgajane na Petrijevom zdjelu zajedno s mezenhimalnim stanicama (MSC) i vaskularnim endotelnim stanicama (HUVEC). Nakon formiranja kompaktnog ishodišta jetre, transplantiran je na imunodeficientne miševe i ispitivan je funkcioniranje graftova. Slika iz članka u raspravi priroda

Japanski istraživači uspjeli su stvoriti transplantaciju jetre pomoću neobične metode: nisu razvili umjetni organ izvan tijela kao cjeline, a u laboratoriju su primili samo embrionsku klicu. Dva dana nakon implantacije takvog uzorka jetre u tijelo eksperimentalne životinje, graft je rastao u krvne žile domaćina i počeo djelovati i razvijati se. Kada je umjetno počelo s hepatitisom, graft je pomogao eksperimentalnoj životinji da opstane preuzimanjem funkcija svoje jetre.

Proizvodnja umjetnih organa iz induciranih pluripotentnih stanica je područje istraživanja koje se ubrzano napreduje neposredno pred našim očima.Prije nekog vremena na "Elementama" razgovarali smo o stvaranju umjetnih kostiju (vidi: Kosti transplantacije mogu se dobiti iz reprogramiranih ljudskih stanica, 07/11/2013); za to su stanice – preteče koštanog tkiva uzgojene na posebnoj osnovi, dobivene od teleće kosti nakon uklanjanja njegovih stanica. I nedavno u časopisu Komunikacija prirode pojavio se članak o dobivanju umjetnog srca, zapravo, istom metodom – kultiviranjem ljudskih stanica na kosturu dobivenom iz mišjeg srca iz kojeg su uklonjene sve mišje stanice (vidjeti: Tung-Ying Lu i sur., 2013. Repopulacija decelulariziranih miša stanica s humanim induciranim pluripotentnim kardiovaskularnim progenitorskim stanicama izvedenim iz matičnih stanica).

Osim toga, pronađena je zanimljiva alternativa za metodu uzgoja umjetnih organa izvan tijela primatelja: pokazalo se da u laboratoriju dovoljno je dobiti samo klica budućeg organa koji će, kada se ugrađuju u organizam budućeg vlasnika, razviti u punopravni organ s traženim karakteristikama. Učinkovitost ovog pristupa pokazala je skupina japanskih istraživača koji su dobili humanih transplantacija jetre iz malih embrionalnih klice koje se uzgajaju u laboratoriju.

Takvi su osnovi smješteni neusporedivo jednostavniji od zrelih organa, pa zbog njihova uzgoja nisu potrebni složeni bioreaktori i strukturne baze anatomskog oblika. Da bi se dobila jetrena klica, potrebno je imati samo nekoliko tipova stanica: vaskularne stanice, mezenhimalne matične stanice i endodermne stanice jetre, koje odgovaraju tim zametnim stanicama embrija koji izbočuje iz njega, stvarajući pupoljku budućnosti jetre. Potonje su stanice dobivene od induciranih pluripotentnih ljudskih stanica, najprije ih transformiraju u endodermne stanice (stanice primarnog crijeva embrija), a potom u endodermne stanice jetre, u kojima neki geni koji karakteriziraju stanice zrele jetre već rade (Slika 1). Uz pravi kvantitativni omjer ovih vrsta stanica, kao i njihovo uzgoj na pogodnom supstratu, stvaraju se uvjeti koji nalikuju onima u kojima se formira embrionalna jetrena klica. Istodobno, stanice koje se uzgajaju na konvencionalnom Petrijevu zdjelu tvore kompaktnu strukturu koja se uspješno transplantira u organizam primatelja (vidi sliku 2, slika 3, kao i video).

Sl. 2. Formiranje kompaktnog preraspodjele jetre uz ko-kultiviranje mezenhimalnih stanica, vaskularnih endotelnih stanica i endoderma jetre na Petrijevu zdjelu. Slika iz članka u raspravi priroda

Osnove jetre ugrađene su u mesenteriju pokusne životinje ili u njegovu glavu. Prednost ove druge, naizgled čudne metode je sposobnost praćenja razvoja graftova tijekom života miša. U tom slučaju, mali prozor je izrezan u životinjsku lubanju u koju je ugrađena jetrena klica, a otvor je zatvoren odozgo s tankom staklom. Dakle, razina jetre u razvoju vidljiva je kroz staklo, i nema potrebe za ubijanje životinje i uklanjanje graftova kako bi se proučio njezin razvoj.

Sl. 3. Kompaktna jetrena klica nastaje samo kada se stanice uzgajaju na pogodnom supstratu (crtež desno). LAM – laminin, COL – kolagen IV, ENT – entaktin. Slika iz članka u raspravi priroda

Dva dana nakon operacije, posude miša s kojima je transplantirana jetrena klica su rastao zajedno s krvnim žilama, a treći dan je uspostavljen normalan protok krvi. Istodobno su se stanice ugrađene jetrene kulture pomnožile, a mreža njezinih posuda proširila se i postala složenija (Slika 4). Da bi se procijenila zrelost stanica transplantata u krvi pokusnih životinja, izmjerena je razina ljudskog serumskog albumina (vidi Humani serumski albumin).Ovaj protein sintetizira stanice jetre, a mjerenje njezine količine omogućuje procjenu funkcije jetre. Ljudski serumski albumin pojavio se u krvi pokusnih životinja deset dana nakon transplantacije, a zatim se njegova količina konstantno povećavala, što ukazuje da je implantirana klica humanih stanica jetre sazrela. Također, analizom razina aktivnosti različitih gena otkriveno je da je dva mjeseca nakon transplantacije glavni dio stanica implantirane jetrene bakterije pretvorio u zrele stanice.

Sl. 4. Razvitak vaskularne mreže u ljudskoj jetrenoj klici transplantiranoj na pokusnu životinju. zelena pokazuje vaskularne stanice, crvena – mezenhimalne matične stanice iz kojih nastaju pericitate (stanice potrebne za održavanje stabilnosti vaskularne mreže). Slika iz članka u raspravi priroda

Zanimljivo je da implantirana miša jetre, izvedena iz ljudskih stanica, nastavila funkcionirati na ljudski način. Uz aktivnu proizvodnju gore spomenutog humanog serumskog albumina, ona je izvršila svoje druge funkcije "ljudski".

Jedna od ključnih zadataka jetre je neutralizacija raznih stranih supstanci za tijelo pretvarajući ih u druge spojeve manje toksične i lakše ukloniti iz tijela. Jetra i lijekovi, koji su također strani tijelu, uništeni su u jetri. Putovi takvih transformacija iste tvari mogu se razlikovati u različitim organizmima. Konkretno, poznati su neki lijekovi – ketoprofen i debrisoquin (Debrisoquine) – koji se na različite načine pretvaraju u ljudsku jetru i mišu jetre.

Ljudski transplantacije jetre dobivene iz humanih stanica transformiraju ketoprofen i debrisoquin na ljudski način, ali ne i mišu. Stoga se miševi s takvim transplantacijama mogu koristiti kao modeli za proučavanje ljudskog metabolizma.

Da bi se testirala kvaliteta graftova jetre dobivene ovom metodom, korištena je posebna linija miševa u kojima je bilo moguće izazvati hepatitis kada je primijenio malu dozu difterije toksina. Tjedan dana nakon implantacije primordija ljudske jetre započinje bolest jetre životinje i opstanak životinja koje prolaze takvu operaciju,značajno nadmašio preživljavanje životinja u kojima nije ugrađen presadak. Tako je pokazano da implantabilni jetreni sloj već tjedan dana nakon transplantacije može učinkovito obavljati svoje funkcije.

Važan rezultat rada je demonstracija ključne uloge staničnog okruženja u kojem se formira pupoljak budućeg organa, za njegovo daljnje funkcioniranje. Dakle, iz pluripotentnih stanica moguće je odvojeno rasti stanice jetre i presaditi ih u eksperimentalnu životinju, no takve će stanice djelovati manje učinkovito nego stanice koje su izvorno uzgajane u okruženju mezenhimalnih i vaskularnih stanica i transplantirane u tijelo kao zametak budućnosti jetre.

Autori djela uspjeli su umjetno nabaviti funkcionalne osnove ljudske jetre, koji se mogu nastaviti razvijati kada se presađuju u tijelo primatelja. Početci su dobiveni stvaranjem endodermnih stanica jetre staničnom okruženju sličnom embrionalnom, i pokazalo se da su signali koji se šalju jedni drugima dovoljni za stvaranje redovne jetrene čika, čak i ako se stanice uzgajaju samo na ravnoj površini.

To znači da pri dobivanju umjetnih organa iznimno je važno odabrati inicijalni sastav stanica: ne samo stanice koje će biti glavne radne stanice budućeg organa nego i stanice koje će im poslati signale potrebne za pravilan razvoj. Kvantitativni sastav i supstrat na kojem rastu stanice također su važni za stvaranje organskog pupoljka. Ako su uvjeti formiranja klica dovoljno slični prirodnim uvjetima u kojima se taj organ formira u ljudskom zametku, tada se rezultirajuća klica najčešće razvija na optimalan način, a organ se može potpuno oblikovati već u tijelu primatelja. Kada se ovom metodom dobivaju umjetni organi, nema potrebe za složenim bioreaktorima anatomskog oblika, kao i pronalaženje načina organiziranja ispravne unutarnje strukture organa jer će se formirati uglavnom u tijelu primatelja prilagođavajući se tome. Uspjeh japanskih istraživača omogućuje nam da se nadamo učinkovitosti ovog zanimljivog pristupa dobivanju graftova.

izvor: Takanori Takebe, Keisuke Sekine, Masahiro Enomura, Hiroyuki Koike, Masaki Kimura, Takunori Ogaeri, Ran-Ran Zhang, Yasuharu Ueno; IPSC-izvedeni transplantacijski orgulje // Vaskularizirana i funkcionalna ljudska jetra priroda, Objavljeno online 4. srpnja 2013. Doi: 10.1038 / nature12271.

Yulia Kondratenko


Like this post? Please share to your friends:

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