На шаг ближе к созданию искусственной печени

Прометей, герой древнегреческих мифов, в качестве наказания за похищение огня у богов был прикован к скале. Каждый день к нему прилетал орел и питался его печенью, которая за ночь восстанавливалась, чтобы на следующий день снова быть съеденной.

По мнению профессора из Массачусетского Института Технологии (Massachusetts Institute of Technology, MIT, США) Сангиты Батия (Sangeeta Bhatia), в этой сказке есть доля правды. После удаления части печени этот орган способен к самовосстановлению. Однако ученые, которые пытались использовать эту способность в надежде искусственно получить ткань печени для трансплантации, многократно оказывались в тупике: зрелые клетки печени, называемые гепатоцитами, быстро теряют способность нормально функционировать после их удаления из организма.

«Это – парадокс, поскольку специалистам известно, что клетки печени способны к росту, но по каким-то причинам они не могут вырастить эти клетки», - говорит Батия.

Результаты нового исследования, проведенного Батия и ее коллегами, приближают ученых к созданию искусственной ткани печени, пригодной для трансплантации. Ученые идентифицировали десятки химических соединений, которые помогают гепатоцитам сохранять их нормальную функцию при культивировании в лабораторных условиях, а также размножаться и формировать новую ткань печени. Данные были опубликованы в начале июня в журнале Nature Chemical Biology.

По мнению ученых, клетки, выращенные с помощью нового метода, помогут создать искусственную ткань печени, которая сможет вылечить около 500 млн. человек, страдающих от хронических заболеваний печени, таких как гепатит С.

При проведении исследования сотрудники лаборатории Батия сотрудничали с учеными из Института Брода (Broad Institute, США), Гарвардской Медицинской Школы (Harvard Medical School, США) и Университета Висконсина (University of Wisconsin, США).

Результаты предыдущих исследований Батия позволили ей создать способ временного поддержания нормальной функции клеток печени после их удаления из организма посредством смешивания их с фибробластами мыши. В новом исследовании, профинансированном Национальными Институтами Здоровья (National Institutes of Health, США) и Медицинским Институтом Говарда Хьюджеса (Howard Hughes Medical Institute, США), исследовательская команда адаптировала созданный метод таким образом, чтобы клетки печени могли расти вместе с мышиными фибробластами в небольших углублениях в лабораторной посуде. Это позволило ученым провести крупномасштабные быстрые исследования, направленные на оценку влияния около 12 тыс. различных химических соединений на рост и функционирование клеток печени.

Печень выполняет около 500 функций, которые условно делят на четыре большие группы: детоксикация лекарственных препаратов, метаболизм энергии, синтез белков и желчи. Дэвид Томас (David Thomas), научный сотрудник, работающий с Тоддом Голубом (Todd Golub) из Института Брода, оценивал в клетках уровень экспрессии 83 ферментов печени, задействованных в относительно легко сохраняемых функциях печени.

После скрининга тысяч клеток печени, полученных от восьми доноров, ученые идентифицировали 12 химических соединений, которые либо помогают клеткам сохранить вышеописанные функции, либо способствуют делению клеток печени, либо одновременно обладают двумя вышеуказанными свойствами.

Наибольшая эффективность применения двух соединений наблюдалась, по мнению ученых, при воздействии соединений на клетки молодых доноров. Поэтому исследователи протестировали их на клетках печени, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК). Ранее ученые уже пытались получить гепатоциты из ИПСК, но обычно эти клетки оставались незрелыми. Однако после воздействия на клетки печени двух из выявленных веществ, они становились более зрелыми.

Батия и ее исследовательская команда планируют изучить, могут ли эти соединения инициировать универсальную программу созревания и повлиять на другие типы клеток. Сейчас ученые тестируют соединения на разнообразных типах клеток, полученных из ИПСК.

В будущих исследованиях научная группа из MIT планирует поместить предварительно обработанные клетки печени в полимерные подложки и имплантировать их лабораторным мышам, чтобы проверить возможность их использования для замещения ткани печени. Кроме того, совместно с учеными из Гарвардской Медицинской Школы они изучают возможность создания препаратов, помогающих регенерировать собственную ткань печени пациентов.

По мнению Эрика Лагассе (Eric Lagasse), доцента патологии из Университета Питтсбурга (University of Pittsburgh, США), полученные результаты представляют собой многообещающий подход, позволяющий преодолеть трудности, с которыми столкнулись ученые при культивировании клеток печени в условиях in vitro. «Поиск способа культивирования гепатоцитов в клеточной культуре может стать главным прорывом», - говорит Лагассе.

Батия с коллегами недавно нашли способ разрешить другую проблему при получении ткани печени в лабораторных условиях. Они изобрели способ, позволяющий вырастить в организме реципиента кровеносные сосуды, приносящие кислород и питательные вещества в трансплантированную ткань. Результаты недавнего исследования Батия и Кристофера Чена (Christopher Chen), профессора из Университета Пенсильвании (University of Pennsylvania, США), опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences в апреле этого года, показали, что после помещения в ткань предварительно сформированных в трубочку эндотелиальных клеток и имплантации ее реципиенту в ней быстро формируется сеть кровеносных сосудов.

Для того чтобы достигнуть этой цели Келли Стивенс (Kelly Stevens) из лаборатории Батия провела совместные исследования с Питером Зандстра (Peter Zandstra) из Университета Торонто (University of Toronto, Канада), направленные на разработку системы, позволяющей создавать трехмерную искусственную ткань и точно контролировать расположение различных типов клеток в ней. Подход, описанный в журнале Nature Communications в мае 2013 г., позволяет искусственной ткани лучше функционировать.

По словам Батия, опубликованные статьи предлагают путь решения двух долгое время существовавших проблем в области создания ткани печени – культивирования большого количества клеток вне человеческого организма и получения тканей, которые можно будет трансплантировать реципиенту.

По материалам Massachusetts Institute of Technology