Группа ученых во главе с Масая Хагивара из Национального научного института RIKEN в Японии разработала особое устройство, использующее слои гидрогеля в кубической структуре, которое позволяет создавать сложные трехмерные органоиды, остро востребованные в тестировании лекарств и выращивании искусственных органов, по значительно упрощенной процедуре. Об этом сообщает сайт Nanowerk. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Уже долгое время ученые пытаются создавать органоиды – ткани, подобные естественным органам и функционирующие аналогично, но выращенные в лаборатории, – чтобы воспроизвести реальные биологические процессы. Это жизненно важно, например, для разработки лекарств, поскольку необходимо понимать, как лекарства перемещаются через различные ткани. Органоиды также являются ступенькой на пути к выращиванию целых органов, которые могут в будущем трансплантироваться пациентам.
Однако создание органоидов, максимально похожих на естественные, оказалось трудной задачей. В природе ткани развиваются посредством сложных и зачастую весьма длительных процессов, формирующих клетки в определенные трехмерные структуры. Органоиды, выращенные в лаборатории, обычно развиваются, либо позволяя клеткам расти в однородных условиях, либо используя 3D-печать или микрофлюидные технологии, которые требуют сложного оборудования и технических навыков.
Теперь группа ученых из RIKEN разработала инновационную методику, которая позволяет пространственно контролировать среду вокруг групп ячеек, не используя ничего более сложного, чем пипетка. Метод включает в себя ограничивающие слои гидрогелей с различными физическими и химическими свойствами внутри культурального сосуда кубической формы.
В ходе исследования различные гидрогели вводились в каркас с помощью пипетки и удерживались на месте за счет поверхностного натяжения. Клетки можно было вставлять в кубы либо внутри отдельных гидрогелей, либо в виде гранул, которые могли перемещаться в разные слои, что позволяло создавать различные типы тканей.
На втором этапе своего исследования японские ученые продемонстрировали способность воссоздавать эффект, известный как «паттерн оси тела». Когда развиваются позвоночные, для них существует особый порядок дифференцировки клеток по направлениям «голова/зад» и «спина/желудок». Хотя это крайне важно для создания органоидов, но было очень трудно достижимым в лабораторных условиях.
Ученые смогли воссоздать паттерн, используя формы для точного «посева» группы индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) внутри куба, а затем позволяя клеткам подвергаться воздействию градиент двух разных факторов роста. В рамках эксперимента даже был специально задействован простой лаборант, нанятый из числа «студентов на подработке», чтобы показать, что новая методика посева клеток не требует высокого уровня знаний.
По словам Хагивары, новая система позволит исследователям по всему миру быстро и без сложных технических препятствий создавать органоиды, которые в наибольшей степени напоминают органы, развивающиеся в живых организмах. «Мы надеемся, что в конечном итоге это также будет способствовать пониманию того, как добиться создания полноценных искусственных человеческих органов, способных помочь пациентам», – отметил Хагивара.