Биологам из Массачусетской больницы общего профиля в Бостоне удалось вырастить фрагменты человеческого кишечника внутри полости тела крысы. Фрагменты получились функциональны — они всасывают питательные вещества и передают их в кровь. Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Некоторые серьезные заболевания пищеварительной системы приводят к тому, что пациенту удаляют часть кишечника. Это происходит, например, при болезни Крона, злокачественных образованиях кишечника и энтеритах. Иногда после процедуры удаления пациенты могут употреблять пищу обычным образом, но придерживаясь специальной диеты. Однако в большинстве случаев питание частично или полностью приходится получать внутривенно. Доноров кишечника не хватает всем нуждающимся в пересадке, поэтому проблема выращивания трансплантатов особенно интересует ученых.

Авторы новой работы использовали распространенный подход для создания искусственных органов. Они взяли четырехсантиметровый образец тощей кишки крысы и удалили из него клетки, оставив только межклеточный матрикс. Он используется в качестве скаффолда (трехмерной среды для культивирования клеток), который заселяется человеческими клетками.

Фрагмент кишечника с флуоресцентно окрашенными клетками (красные – эндотелиоциты, зеленые – эпителиоциты). Kentaro Kitano

Так как для создания фрагмента кишечника необходимо вырастить не только выстилающую ткань, но и ткань сосудов, ученые использовали два типа клеток. Для воссоздания собственно выстилающего слоя скаффолд заселили клетками-предшественниками кишечных клеток эпителия. Они были выращены из индуцированных стволовых клеток (iPSC), которые получают «повернув вспять» дифференцировку обычных клеток человека. Чтобы воссоздать не только выстилку, но и кровеносные сосуды, после заселения скаффолда эндотелиоцитами ученые добавили второй тип — клетки эндотелия. Эти клетки были помещены в каналы в скаффолде, соответствующие артериям и венам.

Тестирование получившегося фрагмента кишечника авторы начали с проверки его работоспособности ex vivo, то есть вне живого организма. Они пропускали растворы, содержащие глюкозу и жирные кислоты, через полость кишечника и измеряли изменение уровня этих веществ в кровеносных сосудах. Результат сравнили с образцом кишечника, полученным из только что умершей крысы (для имитации традиционного трансплантат). Оказалось, что уровень переноса глюкозы в кровь составляет 54 процента от результата обычного образца кишечника, а в случае жирных кислот вообще не отличается.

Вторым этапом проверки стало исследование in vivo — полученный фрагмент имплантировали крысе. Его артерии исследователи подсоединили к сонной артерии, вены — к яремной вене, а в полость фрагмента снова подавали питательный раствор, сожержащий глюкозу. После подачи раствора уровень глюкозы в крови крысы повышался, что говорит о функциональности трансплантата в условиях живого организма.

«Наш эксперимент in vivo показал, что человеческие iPSC дифференцированные в кишечные эпителиоциты могут быть использованы для сборки имплантатов кишечника, которые будут иметь высокий уровень организации и связаны с кровеносной системой реципиента, позволяя получать питательные вещества» — говорит Гарольд Отт, руководитель исследования. По его словам, следующим шагом станет масштабирование таких трансплантатов до размеров, подходящих для человека.

В прошлом году американские ученые вырастили из стволовых клеток ткань кишечника, имеющую нервную систему и способную к самостоятельной перистальтике.У нее была внутренняя выстилка, абсорбирующая питательные вещества и вырабатывающая пищеварительные соки, полностью рабочие мышцы и нервы, контролирующие их волнообразные сокращения.

Автор: Анна Образцова