Исследователи вырастили миниатюрную человеческую печень у мыши

Ученые продемонстрировали, что трансплантация мышам крошечных «печеночных зачатков» размером всего 4 мм, выращенных из стволовых клеток человека, позволяет восстановить функцию печени у животных. Несмотря на то, что результаты являются предварительными, они открывают новые возможности для разработки лечения тысяч пациентов, нуждающихся в пересадке печени. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature [1].

Пересаженные животным структуры выполняли функции печени, секретируя специфичные для печени белки и вырабатывая специфичные для человека продукты метаболизма. Более того, печеночные зачатки быстро оплетались кровеносными сосудами и продолжали расти даже после трансплантации, формируя функциональный орган.

«Несмотря на то, что результаты предварительные, они подают надежды», - говорит Валери Гуон-Эванс (Valerie Gouon-Evans), занимающаяся исследованием развития и регенерации печени в Госпитале Горы Синай (Mount Sinai Hospital http://www.mountsinai.org/) в Нью-Йорке (США).

Однако, по ее словам, животные, перенесшие трансплантацию, нуждаются в наблюдении на протяжении нескольких месяцев, чтобы ученые могли проследить, начнут ли клетки дегенерировать или формировать опухоли.

В США существует острый недостаток печени для трансплантации. В 2011 г. в стране было проведено 5 805 операций по пересадке печени. В том же году 2 938 человек умерло, ожидая новой печени, или их состояние значительно ухудшилось, и они выбыли из листа ожидания.

Ученые предпринимают попытки создания сложных органов в лаборатории. Таканори Такебе (Takanori Takebe), специалист в области стволовых клеток в Городском Университете Йокогамы (Yokohama City University, Япония) и соруководитель исследования, полагает, что это первый случай создания цельного органа с использованием индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК), полученных путем перепрограммирования зрелых клеток кожи в «стволовое» состояние.

Однако, по словам Такебе, проведение таких исследований на пациентах ожидается лишь в отдаленном будущем. Не считая необходимости проведения длительных экспериментов на животных, в настоящее время невозможно создавать печеночные зачатки в количествах, необходимых для трансплантации нуждающимся пациентам.

В ходе настоящего исследования Такебе хирургически пересаживал животным печеночные зачатки под череп или в брюшную полость. В дальнейшей работе Такебе надеется получить печеночные зачатки достаточно малых размеров, чтобы возможно было вводить их внутривенно как мышам, так и людям. Кроме того, исследователь планирует пересаживать зачатки непосредственно в печень, где, как он рассчитывает, они будут формировать желчные протоки, не наблюдавшиеся в ходе проведенных экспериментов и необходимые для надлежащего пищеварения.

Самоорганизующиеся структуры

Исследователи создали печеночные зачатки из трех типов клеток человека. Сначала они обработали ИПСК, трансформировав их в тип клеток, экспрессирующих гены печени. Затем они добавили эндотелиальные клетки (формирующие выстилку кровеносных сосудов), полученные из пуповинной крови, а также мезенхимальные стволовые клетки, способные формировать кость, хрящ и жировую ткань. Все эти типы клеток собираются вместе при формировании печени у развивающегося эмбриона.

«Это важный день для биологии развития, - говорит Кеннэт Зарет (Kenneth Zaret), исследующий регенеративную медицину и развитие печени в Университете Пенсильвании в Филадельфии (University of Pennsylvania, США), - Воссоздавая уже известные нам клеточные взаимодействия, необходимые для естественного развития печени, мы получаем то, что, по-видимому, является здоровой зрелой тканью».

По словам Такебе, проект начался с неожиданного феномена. Надеясь найти способы васкуляризации (обеспечения кровеносными сосудами) ткани печени, он попытался культивировать несколько типов клеток вместе и заметил, что они начинают «самоорганизовываться» в трехмерные структуры. Процесс создания печеночных структур потребовал сотен попыток небольших изменений параметров, таких как зрелость и соотношение количества клеток, пока не был получен удовлетворительный результат.

Другие органы

Новый подход занимает промежуточное положение между двумя известными стратегиями регенеративной медицины. Для более простых полостных органов, таких как мочевой пузырь и трахея, исследователи создают остов из живых клеток и затем переносят целый орган пациентам. Другой вариант подразумевает создание чистой культуры функциональных клеток в лаборатории, которые можно ввести пациенту, после чего они сами найдут свое место в организме. Однако, как говорит Гуон-Эванс, даже если клетки работают в совершенстве в лаборатории, процесс забора клеток может навредить им и нарушить их функции.

Самоорганизующиеся структуры из стволовых клеток наблюдались исследователями и в других системах органов, таких как глазной бокал – структура раннего развития глаза [2], и миниатюрная кишка, выращенная в культуре из одного типа стволовых клеток человека [3].

Такебе полагает, что подход на основе самоорганизации также может быть применим и к другим органам, таким как легкие, поджелудочная железа и почки.

Стволовые клетки однажды помогут пациентам, нуждающимся в пересадке печени. (фото: J.L. MARTRA, PUBLIPHOTO DIFFUSION/SCIENCE PHOTO LIBRARY)

По материалам NatureNews

Оригинальная статья: Nature doi:10.1038/nature.2013.13324

Литература:
1. Takebe, T. et al. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature12271 (2013).
2. Nakano, T. et al. Cell Stem Cell 10, 771–785 (2012).
3. Sato, T. et al. Nature 459, 262–265 (2009).