Команда исследователей медицинского факультета Питтсбургского университета первыми смогла получить миниатюрную модель человеческой печени, которую они вырастили в лабораторных условиях из генетически модифицированных клеток. Живой аналог, полностью повторяющий структуру настоящего органа, ученые планируют использовать для изучения различных заболеваний печени и тестирования лекарственных препаратов. О возможности трансплантации речь пока не идет.
Как рассказали исследователи в статье, посвященной своей работе, для создания человеческой мини-печени они использовали клетки соединительной ткани, которые были взяты из кожи. Используя методы генной инженерии, они перепрограммировали их в стволовые, а затем в гепатоциты – клетки печени. Полученный материал ученые пересадили в оболочку крысиной печени, предварительно очищенную от собственных клеток животного, которую на время оставили в специальной питательной среде.
Там стволовые клетки дифференцировались в нужный тип клеток, сформировав – благодаря наличию «остова» – функциональные трехмерные модели человеческой печени с кровеносными сосудами и другими структурными особенностями настоящего органа.
Именно наличие четкой структуры отличает полученный американскими исследователями мини-аналог от органоидных культур – небольших скоплений клеток, которые самоорганизуются для воспроизведения упрощенной функции органа. При этом в полученных образцах искусственной печени отсутствовали зоны, отвечающие за метаболическую функцию, которые есть у полноценного живого органа.
Первые тестирования
«Нам впервые удалось создать мини-аналог человеческой печени из генетически модифицированных клеток», – говорит старший автор исследования Алехандро Сото-Гутиеррес, профессор медицинского факультета университета Питтсбурга, также являющийся сотрудником научно-исследовательского центра изучения печени.
Он отмечает, что основная цель, с которой он и его коллеги создавали искусственный орган, состоит в изучении заболеваний печени, лучшем понимании их течения и прогрессирования, а также тестировании лекарственных соединений. Это особенно актуально в свете того, что многие терапевтические средства, которые демонстрируют эффективность в испытаниях на мышах, оказываются абсолютно бесполезными у людей.
В первую очередь полученные аналоги были использованы для изучения неалкогольной жировой болезни печени, или жирового гепатоза. Это патологическое состояние, связанное с чрезмерным накоплением жира в теле, при котором его клетки постепенно заменяют клетки печени. Развивается оно у людей, не злоупотребляющих алкоголем, но имеющих большой лишний вес.
Патология приводит к хроническому воспалению печени, которое со временем способно трансформироваться в цирроз или онкологическое заболевание. Жировой гепатоз, кроме того, может стать причиной печеночной недостаточности, повысить риск развития сахарного диабета второго типа и нарушений со стороны сердечно-сосудистой системы.
В ходе эксперимента ученые внесли генетические изменения в клетки искусственной мини-печени, чтобы ослабить в них активность гена SIRT 1, недостаточная экспрессия которого, как ранее выяснили исследователи, и приводит к избыточному накоплению в печени жира. В итоге в тканях миниатюрной модели органа развились метаболические нарушения, идентичные тем, что наблюдаются у людей с жировым гепатозом.
Получив печень с конкретным заболеванием, авторы исследования протестировали на ней действие препарата, повышающего активность белка SIRT 1, который используется в лечении жирового гепатоза. Ранее он показал высокую эффективность в испытаниях на грызунах, но вот проверку на человеческой печени не прошел.
Как пояснил доктор Сото-Гутиеррес, причина провала, по всей вероятности, заключается в том, что действие тестируемого препарата направлено на белок SIRT 1, а не на кодирующий его одноименный ген. А так как этот ген в клетках «больной» мини-печени был репрессирован, то и синтеза белков, на которые можно было бы воздействовать, не происходило. Поэтому лекарство и не сработало, оказавшись бесполезным для людей с жировой инфильтрацией печени.
«Все же мыши – это животные, они сильно отличаются от людей. Мы рождаемся с набором определенных мутаций, полиморфизмов, которые и делают нас предрасположенными к конкретным болезням, – поясняет руководитель исследования. – Поэтому изучать эти мутации на мышах у нас нет возможности. В этой связи появление генетически модифицированных аналогов человеческой печени имеет большое значение».
По словам ученого, выращенные в лаборатории искусственные модели органа являются полноценной и надежной «площадкой» для клинических испытаний терапевтических веществ на всех стадиях развития болезни. «Каким-то иным образом – например, в трансплантологии – применять их пока невозможно, но, думаю, что в будущем мы научимся создавать полноразмерные «копии» человеческой печени, причем с улучшенной функциональностью», – говорит Алехандро Сото-Гутиеррес.
Пока же мини-печени будут использовать для изучения работы органа и разработки новых, более эффективных методов лечения.