Американские ученые разработали метод создания искусственного человеческого кишечника с помощью синтетического гидрогеля. Полученный органоид успешно применили для восстановления кишечных дефектов у мышей. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Cell Biology.

Органоиды (искусственные органы «из пробирки») служат ценным инструментом как для физиологических исследований (например, для испытаний лекарств), так и в качестве перспективных средств восстановления поврежденных органов. Кишечник, несмотря на кажущуюся простоту, — сложный орган, выполняющий множество функций: продвижение содержимого (перистальтику), его переваривание, защиту от пищеварительных ферментов и желчи, поддержание среды для микробиоты и другие. При этом ткани этого органа совершенно не приспособлены к даже кратковременному изолированному существованию, из-за чего их трансплантация фактически невозможна, а потребность в ней крайне велика: удаление фрагмента кишки при гастроэнтерологических или онкологических заболеваниях может привести не только к радикальному снижению качества жизни, но и к смерти.

Имеющиеся технологии создания кишечных органоидов подразумевают использование плюрипотентных стволовых клеток и матригеля — сложной смеси белков, протеогликанов и факторов роста межклеточного матрикса, производимого мышиными опухолевыми клетками. Эта смесь служит каркасом, обеспечивающим трехмерный рост органоида, однако ее биологическое происхождение не позволяет рассматривать потенциальное клиническое применение.

Гистологическое строение выращенного на синтетическом гидрогеле кишечного органоида. Ricardo Cruz-Acuna et al. / Nature Cell Biology, 2017

Сотрудники Технологического института Джорджии и Мичиганского университета использовали для создания кишечных органоидов синтетическую гидрогелевую платформу на основе четырехплечевого полиэтиленгликоля с малеимидными группами на концах каждого полимерного плеча (PEG-4MAL). Этот гидрогель обработали адгезивным пептидом RGD (обеспечивает прикрепление клеток к гелевому матриксу) и сшивающим пептидом GPQ-W (скрепляет полимерные молекулы между собой), после чего заселили человеческими плюрипотентными стволовыми клетками (эмбриональными или индуцированными).

Выяснилось, что синтетический гидрогель не хуже матригеля поддерживает клетки в жизнеспособном состоянии и обеспечивает рост оформленных органоидов с выстланным кишечным эпителием просветом.

На следующем этапе экспериментов органоиды, созданные на основе PEG-4MAL и матригеля, пересадили под почечную капсулу генномодифицированных мышей, иммунитет которых не отторгает человеческие клетки. Спустя 12 недель органоиды увеличились в размерах в 10–40 раз, и по гистологическому строению соответствовали кишечнику человека со слизистой, подслизистой и мышечной оболочками и правильно структурированными коллагеновыми волокнами. Существенных различий в росте и дифференцировке орагноидов на основе PEG-4MAL и матригеля не наблюдалось.

После этого ученые причинили механические повреждения слизистой оболочке толстой кишки мышей и ввели в них выращенные органоиды в гидрогелевом растворе PEG-4MAL. Рост новой ткани наблюдался уже через пять дней после инъекции, спустя четыре недели произошло полное приживление трансплантата с пролиферацией человеческого эпителия на поврежденных участках кишки. Отсутствие лечения, введение только гидрогеля или инъекции органоидов в изотоническом солевом растворе подобного эффекта не производили.

Как пишут исследователи, их работа стала концептуальным подтверждением пригодности синтетического гидрогеля на основе PEG-4MAL для перспективного использования в регенеративной медицине.

Ранее ученым удалось вырастить из стволовых клеток ткань кишечника, которая имеет нервную систему и способна к самостоятельной перистальтике. Она стала одним из самых сложных искусственных органов, созданных на сегодняшний день. Подробнее о создании искусственных органов можно почитать в нашем материале.

Автор: Олег Лищук