Ученые вырастили искусственные ткани кишечника и мозга для моделирования и лечения рака

Сразу две группы ученых опубликовали свои работы по моделированию живых тканей человека. Были выращены модели тканей мозга и модели ткани толстого кишечника. Органоиды представляют собой клеточные 3D-кластеры и предназначены для исследования новых методов лечения рака и других заболеваний.

Обе работы опубликованы в журнале Nature: ученые из Стэнфордского университета вырастили ткани мозга, а ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны – ткани кишечника.

Органоиды, полученные из стволовых клеток человека, позволяют обнаружить то, что не могут показать модели на животных, сказал порталу Nature соавтор работы Серджиу Пашка, нейробиолог из Стэнфордского университета в Калифорнии.

Группа Пашки изучает синдром Тимоти: генетическое заболевание, связанное с аутизмом, неврологическими проблемами и заболеваниями сердца. От этого заболевания страдают всего несколько десятков человек в мире. Синдром Тимоти вызван единственной мутацией в гене CACNA1C, который кодирует канал, через который ионы кальция проникают в клетки, в том числе в нейроны.

Хороших моделей синдрома Тимоти на животных не существует, поскольку вызывающая болезнь мутация не вызывает нужных симптомов у грызунов. У исследователей не осталось других вариантов для поиска лечения, как вырастить ткани человека и разрабатывать лечение на них. И это им удалось.

Ученые взяли стволовые клетки у трех человек с мутацией, вызывающей синдром Тимоти, и культивировали их в течение примерно 250 дней. Клетки постепенно превращались в органоиды, содержащие все типы нейронов, обнаруженные в коре головного мозга. Чтобы создать реалистичную среду для органоидов, команда ввела выращенные структуры в мозг крыс. Там клетки сформировали связи с собственными нейронами грызунов.

Фактически, нейробиологи создали своеобразную химеру: крысу, в чьей коре ее собственные нейроны взаимодействуют с нейронами человека. На этой модели были найдены методы лечения синдрома Тимоти. Крысам они помогли. Теперь ученые надеются протестировать найденную терапию на людях.

В другой статье биоинженер Маттиас Лютольф и его коллеги из Федеральной политехнической школы Лозанны использовали стволовые клетки мыши для моделирования ткани кишечника, из которой состоят толстый и прямой кишечник. Целью исследования было создание модели колоректального рака.

Ученые создали клетки, содержащие светочувствительные белки, прикрепленные к генам, вызывающим рак. Эти клетки "включаются" при освещении синим лазером и вызывают рост опухолей в определенных участках органоида. Ученые получают возможность наблюдать, как опухоли развиваются.

На таких органоидах можно проверить, как лекарства или иммунотерапия убивают опухоли, и как окружающая среда человека и иммунная система, влияют на развитие колоректального рака.

По словам Лютольфа, будущие органоиды могут включать в себя бактерии, живущие в кишечнике, или подвергаться воздействию различных уровней кислорода, имитирующих те, которые доступны в различных анатомических областях кишечника. Это сделает живые модели еще более реалистичными.