• Читателям
  • Авторам
  • Партнерам
  • Студентам
  • Библиотекам
  • Рекламодателям
  • Контакты
  • Язык: English version
325
Органы из пробирки, или Что означает модное слово «органоиды»?
Биология
Нейральные клетки, полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (зеленым красителем помечены нейроны, красным – глиальные клетки). Флуоресцентная микроскопия. Фото М.А. Лагарьковой

Органы из пробирки, или Что означает модное слово «органоиды»?

Поиск оптимальной противораковой терапии для конкретного пациента, изучение устройства мозга неандертальца, получение змеиного яда без контакта с опасной рептилией – что общего между этими научными исследованиями? Все они проводятся на органоидах – полученных «в пробирке» подобиях настоящих органов. Органоиды – это новое слово в клеточной биологии и биомедицине нового века. Что они собой представляют, как их получают и для чего используют?

Как и все в нашем мире, клеточная и молекулярная биология тоже подвержены «модным тенденциям». Несколько лет назад модным словом был апоптоз. Потом стало модно работать методом редактирования генома CRISPR/Cas и говорить про экзосомы– мембранные пузырьки, с помощью которых клетки «общаются» друг с другом. Еще одно из современных «модных» направлений – создание так называемых органоидов.

Органоиды – это трехмерные клеточные структуры, выращенные «в пробирке». В основе их создания лежит принцип «самосборки» группы стволовых или даже уже дифференцированных клеток. Сейчас исследователи чаще всего используют индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, которые получают из обычных клеток организма, возвращая их «в детство» путем генетического перепрограммирования. Если в начале дифференцировки суметь дать таким клеткам толчок в нужном направлении, воздействуя на них определенным сочетанием биологически активных молекул, то между ними начинаются процессы взаимодействия. Клеточная масса определяет условно, «где у нее голова, а где хвост», и начинает воспроизводить эмбриональную программу развития. 

Конечно, в организме процессы развития находятся под жестким разносторонним контролем, а генетическая «программа» расшифрована не полностью, поэтому в результате получается не совсем полноценный орган. Однако эта структура оказывается схожа с ним по молекулярным и гистологическим характеристикам и способна к выполнению некоторой части физиологической функции полноценного органа.

 Органоид глаза, дифференцированный из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Фазовый контраст. Фото член-корр. РАН М.А. Лагарьковой (Москва)

На сегодня уже удалось создать миниатюрные примитивные аналоги мозгакишечникапечени, почки, поджелудочной железы, простаты, легкого, желудка, молочной железы, глаз и т.д. С их помощью исследователи получают не только фундаментальные знания о процессах эмбрионального развития. Органоиды используют и как удобные модели для исследования ключевых моментов возникновения той или иной патологии, а также поиска и тестирования способов ее лечения и профилактики. 

Например, голландские ученые из одной стволовой клетки вырастили органоид кишечника, содержащий разные типы клеток эпителия, чтобы понять, как взаимодействует с тканями кишечника печально известная бактерия Helicobacter pylori (этот процесс трудно исследовать даже на модельном животном). Кстати сказать, даже плотная раковая опухоль не представляет собой простое скопление клеток – она, как правило, структурирована. И органоиды, полученные на основе современной технологии выращивания трехмерных клеточных структур, можно использовать в персонализированной медицине для подбора эффективного противоракового лечения. 

С помощью новых клеточных технологий и достижений палеогенетики стало возможным узнать даже некоторые особенности мозга неандертальцев! Заменив в клетках-родоначальницах человеческого мозгового органоида один ген, играющий важную роль в раннем развитии мозга, на его неандертальскую «копию», ученые смогли увидеть картину, похожую на ту, которая наблюдается в мозге детей-аутистов.

Одна из первых трехмерных структур, выращенных из стволовых клеток, – церебральнй органоид. В правой части находятся ткани коры головного мозга, в нижней – складчатая структура, вырабатывающая спинномозговую жидкость. Стволовые клетки окрашены красным цветом, нейроны – зеленым, ядра клеток – синим. Credit: IMBA/ Madeline A. Lancaster

Работы по созданию органоидов человека и других млекопитающих успешно ведутся в течение ряда лет – еще в 2013 г. они вошли в десятку выдающихся открытий по версии журнала Science. А недавно ученые из Нидерландов и Великобритании создали и первые органоиды холоднокровных животных – змей из семейств аспидов (в него входят кобры) и гадюковых. 

Цель работы – разработать способ получения змеиного яда, необходимого для изготовления противоядий, а также некоторых терапевтических препаратов, избегая контакта с этими опасными животными. В наши дни с помощью клеток животных и человека, выращиваемых в промышленных биореакторах, производятся важнейшие медицинские препараты, такие как инсулин, интерферон, фактор свертывания крови, ферменты и др. Но использовать такой подход в случае змей было нельзя: их ядовитые железы производят сложные смеси разных токсинов, содержащие от десятков до сотен компонентов. И синтезировать их могут разные специализированные клетки, тогда как обычные клеточные культуры состоят только из одного типа клеток.

Техасский гремучник (Crotalus atrox) – ядовитая змея подсемейства ямкоголовых семейства гадюковых

Исследователи изъяли из ядовитых желез девяти видов змей стволовые, недифференцированные клетки, из которых им удалось вырастить миниатюрные подобия ядовитых желез. Эти органоиды действительно содержали ткани с различными типами клеток, специализирующихся на выработке разных токсинов, так что «на выходе» ученые получили настоящий змеиный яд.

Точек практических приложений подобных «органоидных» технологий можно найти еще множество. А самая захватывающая из них лежит в русле регенеративной медицины: исследователи надеются в конечном счете научиться выращивать органы для пересадки, используя собственные клетки соответствующего органа человека. 

Понравилось? Поделись с друзьями!

Подпишись на еженедельную e-mail рассылку!