Ткани пищевода впервые выращены в лаборатории
Автор: Илья Никитин
Редакция: Михаил Повиленский
Оформление: Cornu Ammonis


Коллектив ученых, работающих над воссозданием полноценного ЖКТ, сообщил о выращивании органоидов пищевода из плюрипотентных стволовых клеток.

Прим. переводчика:
Органоиды (organoids) в биоинженерии — это искусственно выращенная модель органа, как правило, уменьшенная и упрощенная, которая используется для изучения патологии органа и воспроизведения его тканей. Не путать с органоидами в клеточной биологии!

Данная работа была представлена коллективом исследователей из Детского центра стволовых клеток и органоидной медицины в Цинциннати (Cincinnati Children’s Center for Stem Cell and Organoid Medicine — CuSTOM) в журнале Cell Stem Cell. CuSTOM занимается разработкой новых способов изучения врожденных дефектов и заболеваний ЖКТ (злокачественные опухоли, рефлюкс и т. д.), затрагивающих миллионы людей. Работа центра направлена на составление персональных диагностических методик и фокусируется на создании способов регенерации тканей для терапии заболеваний ЖКТ.

В опубликованной работе ученым впервые удалось полностью вырастить ткани пищевода человека из плюрипотентных стволовых клеток (ПСК), которые могут дифференцироваться в любые типы клеток человеческого организма. Коллектив ученых CuSTOM и их коллеги из разных отраслей медицины ранее уже использовали ПСК для воссоздания тканей кишечника, желудка, толстой кишки и печени у человека.

«Искусственно выращенные органоиды пищевода могут быть невероятно полезными, учитывая распространенность заболеваний пищевода и трахеи среди популяции», — отмечает Джим Уэллс (Jim Wells), PhD, ведущий научный руководитель CuSTOM и глава исследовательской группы. «Органоиды могут быть использованы для изучения врожденных дефектов, таких как атрезия пищевода, и для исследования других патологий ЖКТ, среди которых — эозинофильный эзофагит и метаплазия Баррета. Также они необходимы при выращивании тканей пищевода по индивидуальным генетическим данным пациента».

Успешные результаты исследования стали возможны благодаря сотрудничеству специалистов из различных подразделений CuSTOM и Института Гладстоуна в Сан-Франциско. В работе участвовали сотрудники отделений онкологии, биологии развития, аллергологии и иммунологии, и эндокринологии, среди которых и первый автор научной работы, аспирант лаборатории Уэллса (Wells laboratory) при CuStom Стивен Тризно (Stephen Trisno).

Пищевод представляет из себя трубку, которая посредством перистальтики способствует продвижению пищевого комка из ротовой полости в желудок. Этот орган может быть подвержен врожденным патологиям, таким как атрезия пищевода. При атрезии происходит сужение или мальформация пищевода, вызванная мутациями в генах.

Пищевод подвержен и приобретенным заболеваниям. Среди них наиболее известны рак пищевода, гастроэзофагеальная рефлюксная болезнь (ГЭРБ). Также выделяют ахалазию пищевода, при которой поражаются мышечные волокна нижней трети пищевода и пища не может попасть в желудок.

Ученые единогласны в том, что методы лечения всех этих патологий нуждаются в усовершенствовании. Для этого необходимо более детальное понимание генетических и биохимических механизмов, лежащих в основе их патогенеза. Здесь как раз и находят свое применение полноценные, функциональные, выращенные из клеток самого пациента, генетически идентичные настоящим тканям модели тканей пищевода, которые доступны для всестороннего изучения.

Для выращивания органоидов пищевода исследователям потребовался новый метод использования ПСК, состоящий из последовательности точнейших манипуляций с генетическими и биохимическими сигналами, которые моделируют и формируют энтодерму и первичную кишечную трубку. Ученые сфокусировали свои усилия на работе с геном Sox2 и соответствующим белком. Ранее уже было известно, что дисфункция этого гена инициирует нарушения в развитии и работе пищевода. Ученые исследовали тканевые культуры лягушек, мышей и людей для выявления дополнительных генов и молекулярных путей, на которые оказывает влияние продукт гена Sox2 в процессе эмбрионального формирования пищевода.

Ученым удалось установить, что во время ключевых стадий эмбриогенеза Sox2 блокирует программирование и функционирование генетических путей, которые направляют клетки на формирование тканей респираторной системы, приводя к формированию пищевода. Белок Sox2, в частности, блокирует сигнальный путь Wnt, что способствует выживанию и развитию тканей пищевода.

Для подтверждения идеи о важности Sox2 для развития пищевода были проведены тесты на мышах, в которых при эмбриогенезе ген Sox2 был выключен. Отсутствие экспрессии Sox2
привело к врожденному недоразвитию пищевода (или эзофагальному агенезу) — состоянию, при котором пищевод заканчивается слепо и не соединяется с желудком.

Успешно воссозданные полноценные пищеводные органоиды, достигшие в длину 300–800 мкм, были сопоставлены по своим биохимическим характеристикам с тканями пищевода, которые были получены у пациентов в результате биопсии. Авторы указывают на поразительное сходство между искусственными и натуральными тканями.

Доктор Уэллс утверждает, что команда ученых продолжает изыскания в области биоинженерии органоидов пищевода и планирует будущие проекты, направленные на развитие терапевтического потенциала этой технологии. К примеру, рассматривается использование органоидов для выявления прогрессирования специфических заболеваний и врожденных дефектов пищевода.


Источник:
Scientists Grow Human Esophagus in Lab