W 2010 roku naukowcy z Cincinnati Children’s stworzyli pierwszy funkcjonalny organoid jelitowy. Niewielu wtedy przypuszczało, że dekadę później będą w stanie odtworzyć coś równie skomplikowanego jak unaczynienie wątroby. Tymczasem właśnie to się stało. Po niemal dziesięciu latach prób, błędów i kolejnych iteracji udało się wyhodować tkankę wątrobową zdolną do samodzielnego tworzenia naczyń krwionośnych.
Organoidy nie są nowym pomysłem. Od ponad piętnastu lat rozwijają się jako jedno z najbardziej obiecujących narzędzi współczesnej biologii. Zaczyna się od indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych, które umieszcza się w specjalnie zaprojektowanych żelach. Owe żele pełnią rolę "instruktorów", wskazując komórkom kierunek rozwoju. Dzięki temu z ogólnych komórek macierzystych powstają konkretne typy tkanek – nerwowe, jelitowe, czy właśnie wątrobowe.
W przypadku Cincinnati Children’s sukces w hodowli organoidów opiera się na szczegółowej kontroli procesu. W ich laboratoriach komórki nie są pozostawione same sobie. Przechodzą przez dokładnie zaplanowane etapy rozwoju, a każdy szczegół jest monitorowany. Właśnie dzięki temu możliwe jest uzyskanie tkanek, które nie tylko przypominają ludzkie narządy, ale również działają jak one.
Do niedawna największym wyzwaniem był rozmiar organoidów. Bez naczyń krwionośnych mogły osiągać jedynie ograniczoną wielkość, ponieważ brakowało im odpowiedniego zaopatrzenia w tlen i składniki odżywcze. Próby dodania naczyń często kończyły się niepowodzeniem, gdyż używano gotowych komórek śródbłonka tętniczego, które nie zawsze idealnie pasowały do specyfiki organu.
Przełom przyniosło zastosowanie komórek progenitorowych CD32b+ sinusoidalnych komórek śródbłonka wątroby. Kluczową rolę odegrał system IMALI (odwrócony wielowarstwowy system hodowli z interfejsem powietrze-ciecz), który stworzył środowisko idealne dla samoorganizacji komórek. Komórki progenitorowe nie tylko się różnicowały, ale same "decydowały", jak połączyć się w funkcjonalną sieć naczyń zatokowych.
Ważnym aspektem eksperymentu było umiejętne odwzorowanie naturalnego "sąsiedztwa" komórek. Twórcy badania odkryli, że kluczowa była komunikacja pomiędzy różnymi typami komórek umieszczonymi obok siebie. Dzięki temu, że mogły one prowadzić "dialog chemiczny", udało się odwzorować procesy, jakie zachodzą w naturalnych warunkach rozwoju wątroby.
Wyhodowane organoidy wątroby nie tylko funkcjonują na poziomie podstawowym, ale także potrafią produkować czynniki krzepnięcia krwi. Jest to szczególnie ważne w przypadku hemofilii, choroby dotykającej około 33 tysięcy osób w samych Stanach Zjednoczonych. Organizm osoby chorej na hemofilię nie produkuje wystarczającej ilości czynników krzepnięcia, co prowadzi do poważnych powikłań.
Naukowcy potwierdzili, że organoidy są w stanie produkować czynnik VIII, którego brak jest przyczyną hemofilii typu A. W badaniach na myszach, zastosowanie wyprodukowanego przez organoidy czynnika VIII pozwoliło zatrzymać krwawienie, udowadniając praktyczną skuteczność tego rozwiązania. Tego typu technologia mogłaby stanowić realną alternatywę dla pacjentów, u których tradycyjne metody leczenia zawodzą, lub którzy nie kwalifikują się do terapii genowej.
Podobne korzyści mogliby odnieść także pacjenci cierpiący na niewydolność wątroby, której skutkiem jest brak dostatecznej ilości czynników krzepnięcia. Organoidy produkujące te czynniki mogłyby stać się dla nich swoistą "fabryką" niezbędnych substancji, chroniąc przed krwotokami podczas zabiegów chirurgicznych czy urazów.
Czytaj również: Długopis wykrywa Parkinsona, zanim zrobi to lekarz. Zmienią się zasady gry
Zastosowany system IMALI nie ogranicza się tylko do wątroby. Metoda umożliwia samoorganizację wielu typów komórek: można ją zaadaptować do hodowli naczyń specyficznych dla innych organów. To otwiera drogę dla przyszłych badań nad organoidami serca, nerek czy płuc, które również wymagają precyzyjnego odwzorowania naczyń krwionośnych.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
