Przeszczepianie komórek jest obiecującym nowym podejściem do regeneracji narządów dotkniętych chorobą lub po urazie i nadzieją części chorych na mukowiscydozę, u których dochodzi do problemów z wątrobą. Aby wspierać różnicowanie się hepatocytów od komórek macierzystych, europejscy naukowcy opracowali organoidy ex vivo, które precyzyjnie naśladują architekturę wątroby.
Tkanki uzyskane w wyniku inżynierii biologicznej stają się obiecującym rozwiązaniem umożliwiającym zmniejszenie zapotrzebowania na narządy od dawców. Złożoność organizacji wątroby sprawia jednak, że uzyskanie czynnej wątroby jest trudne. Aby rozwiązać ten problem, naukowcy z finansowanego przez ERBN projektu CLOC wyprodukowali organoidy wątroby in vitro z wykorzystaniem hepatocytów wyhodowanych na trójwymiarowych (3D) rusztowaniach.
Projekt CLOC zaangażował multidyscyplinarnych ekspertów, w tym chirurgów, inżynierów i biologów komórkowych. „Chcieliśmy opracować nowe metody leczenia ICD, ale także modele badań nad rozwojem wątroby”, wyjaśnia prof. Paul Gissen z University College of London, główny badacz projektu CLOC.
Komórki macierzyste dla organoidów wątroby
Ograniczona dostępność żywotnych pierwotnych hepatocytów i ich słabe wszczepianie in vivo poważnie ograniczają powodzenie metody opartej na transplantacji komórek. Z drugiej strony, pluripotencja komórek macierzystych sprawia, że są one idealnym źródłem dla bioinżynierii tkankowej. W szczególności, ludzkie indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (hIPSC) pochodzące z przeprogramowanych fibroblastów skóry w wyniku nadmiernej ekspresji poszczególnych czynników stały się ważnym narzędziem w medycynie regeneracyjnej. Produkcja specyficznych dla pacjenta HIPSC może być zwiększona, generując w pełni immunozgodne zróżnicowane komórki do zastosowań klinicznych.
Naukowcy z projektu CLOC zdecydowali się na osadzenie hIPSC na rusztowaniu 3D z matrycy zewnątrzkomórkowej (ECM). „Wygenerowaliśmy organoidy wątrobowe z pozbawionego komórek rusztowania uzyskanego z wątroby myszy. Następnie ponownie wypełniliśmy rusztowanie hepatocytami różnicującymi pochodzącymi z hIPSC”, kontynuuje prof. Gissen.
Powstałe w ten sposób organoidy zachowały mikroarchitekturę, sieć naczyń krwionośnych i ECM wątroby. Następnie umieszczono je w bioreaktorze, gdzie hodowano je przez kilka tygodni pod stałym przepływem tlenu. W porównaniu do hodowli dwuwymiarowych, wyniki badań wykazały, że osadzenie hIPSC na rusztowaniu 3D przyspiesza dojrzewanie komórek, co jest warunkiem udanego przeszczepu in vivo w dorosłym organizmie.
Zalety organoidów CLOC
Według prof. Gissena, „środowisko 3D dostarcza komórkom bodźców mechanicznych, a oprócz tkankowej sygnalizacji, poprawia funkcje komórek wątroby i proliferację. Ponadto kluczowe składniki ECM ułatwiają rozróżnianie HIPSC na hepatocyty”. Co ważne, wątroba myszy jest łatwo dostępnym źródłem pozbawionych komórek rusztowań i wymaga niewielkiej ilości komórek do ponownego wypełnienia.
Wykorzystując hIPSC uzyskane od pacjentów z ICD, naukowcy CLOC byli w stanie wygenerować modele ICD in vitro do celów badań przesiewowych leków. Prof. Gissen podkreśla, że „następnym krokiem jest badanie generowanych przez nie organoidów u myszy z wadami wątroby, a także wygenerowanie organoidów z różnych materiałów, takich jak tworzywa sztuczne”.
Dziedziczne choroby cholestatyczne (ICD) charakteryzują się defektami w syntezie i wydzielaniu żółci, prowadzącymi do postępującej choroby wątroby. Wielu pacjentów z ICD nie reaguje na leczenie i wymaga przeszczepu wątroby. W związku z tym, że 10% pacjentów umiera w oczekiwaniu na przeszczep z powodu braku dawców, istnieje pilna potrzeba alternatywnych metod leczenia.
Niewątpliwie bezpieczeństwo przeszczepiania hepatocytów z HIPSC wymaga dalszych badań. Chociaż przeszczep hepatocytów jest stosowany w leczeniu różnych zaburzeń metabolicznych, bezpośrednie nasycanie komórek prawdopodobnie nie odwróci spolaryzowanego przepływu żółci i nie naprawi ICD. Organoidy wątrobowe dają nadzieję w tym względzie, ponieważ oprócz wspierania ostatecznego zróżnicowania komórek macierzystych przed przeszczepieniem komórek, mogą być również wykorzystywane do regeneracji całych narządów.
Na podstawie informacji z projektu CLOC, Cordis EU
