В лаборатории выращен искусственный желудок

Исследователи успешно вырастили в лаборатории из стволовых клеток человека крошечные желудки, проведя их через все стадии, характерные для эмбрионального развития. Кусочки ткани размером не больше семечка кунжута имеют структуру, сходную с таковой желудка человека, и даже могут содержать кишечных бактерий. Подобные искусственные желудки можно использовать для исследования заболеваний, включая рак, и тестирования лекарственных препаратов. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature [1].

«Это очень интересно. Суметь воссоздать желудок в чашке Петри – сродни техническому достижению», – говорит Кэлвин Куо (Calvin Kuo), специалист в области биологии стволовых клеток Стэнфордского Университета в Калифорнии (Stanford University, США)

Для создания крошечных искусственных желудков ученые использовали плюрипотентные стволовые клетки, которые, оказавшись в соответствующем окружении, могут дать начало любому типу клеток. Однако, чтобы заставить клетки пойти по определенному пути в лабораторных условиях, требуется воссоздание точной последовательности действий и временных интервалов, соответствующих условиям в матке – сигналов от белков и гормонов, сообщающих клеткам, в какой тип ткани превращаться. Ранее с использованием этого метода ученым удавалось вырастить в лабораторных условиях фрагменты почек, легких, мозга и кишечника.

Ключевым в превращении плюрипотентных стволовых клеток в клетки желудка оказался сигнальный путь, который активен в растущих тканях кишечника и антрального отдела желудка, располагающегося возле выхода в тонкий кишечник.

Примерно на третий день культивирования стволовых клеток исследователи добавили смесь белков, содержащую белок Noggin, подавляющий этот путь, и рассчитали время введения доз ретиноевой кислоты – компонента витамина А. Через 9 дней клетки оставили культивировать в белковой среде.

На 34-й день получившиеся в результате органоиды были всего несколько миллиметров в диаметре и не имели ни клеток крови, ни иммунных клеток, и не были способны переваривать пищу или выделять желчь. Однако их железистая структура и каждый маркер развития соответствовали развитию контрольной ткани, полученной исследователями у мышей. То есть, по словам Джеймса Уеллса (James Wells), специалиста по биологии развития Детской Больницы Медицинского Центра Цинциннати (Cincinnati Children's Hospital Medical Center, США), они были в значительной степени похожи на настоящий желудок.

Это сходство позволило исследователям использовать крошечные желудки в качестве тестовых моделей заболеваний человека, инъецируя им Helicobacter pylori – бактерию, заселяющую антральный отдел желудка и способную вызвать язву и рак желудка. Исследователи установили, что уже в течение 24 часов бактерия вызывала вдвое быстрый рост клеток органоида по сравнению с нормальной скоростью, активируя ген c-Met, способный вызвать рак. Этот эффект также наблюдается в желудке человека, инфицированного H. pylori.

По словам исследователей, они могут вырастить желудочные органоиды как из эмбриональных стволовых клеток, так и из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК). Джейсон Миллс (Jason Mills), гастроэнтеролог Медицинской Школы в Сент-Луисе при Университете Вашингтона (Washington University School of Medicine in St. Louis, США), планирует вырастить тысячи таких органоидов из клеток разных людей, инфицировав их в дальнейшем патогеном, для изучения роли индивидуальных генетических различий.

По словам Уеллса, долгосрочной целью его группы является выращивание индивидуальной желудочной ткани для «зашивания» язвенных очагов желудка человека. Он и некоторые его коллеги уже предприняли попытку использования органоидов для «закрывания» таких очагов в желудках мышей.

Часть искусственного желудка, выращенного в лаборатории, окрашенная для обнаружения различных клеток желудка человека. (фото: Kyle McCracken)

По материалам NatureNews

Оригинальная статья: Nature doi:10.1038/nature.2014.16229

Литература:
1. McCracken, K. W. et al. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature13863 (2014).