Исследователи выращивают органоиды почек человека из стволовых клеток, копируя развитие почек плода на протяжении нескольких месяцев
Впервые исследователи из Медицинского центра «Шиба» и Тель-Авивского университета вырастили органоиды человеческих почек (синтетическую трехмерную культуру органов) из стволовых клеток тканей в лабораторных условиях, имитируя развитие почек плода человека.
Почка росла и развивалась в течение нескольких месяцев, что позволило исследователям наблюдать за развитием органа в режиме реального времени, выделять гены, приводящие к врожденным дефектам, разрабатывать новые методы лечения в области регенеративной медицины и проверять токсичность лекарств во время беременности на почках плода.
Статья, описывающая это исследование, опубликована в журнале EMBO Journal .
Текущая модель достигла зрелости и оставалась стабильной более полугода. Предыдущие органоиды почек, имитирующие развитие, разрушались в течение четырёх недель. Это позволяет проводить долгосрочные исследования и медицинские испытания на моделях почек.
Это также самый чистый из когда-либо созданных органоидов почки, не подверженный перекрестному загрязнению со стороны стволовых клеток. Предыдущие модели, использующие плюрипотентные стволовые клетки, приводили к развитию других клеточных структур из-за нестабильности стволовых клеток. Новый органоид экспрессирует только клетки почки, что позволяет проводить четкие эксперименты с причинно-следственными связями.
Исследование проводилось под руководством профессора Бенджамина Декеля, директора отделения детской нефрологии и Института исследований стволовых клеток Детской больницы Сафра при Медицинском центре Шиба, а также директора Центра регенеративной медицины «Сагол» Тель-Авивского университета. В исследовании также приняли участие докторант Михаил Наместников, выпускник программы «Врач-исследователь» факультета медицины и здравоохранения имени Грея Тель-Авивского университета, и доктор Оснат Коэн-Зонтаг, научный сотрудник Медицинского центра Шиба, входящие в исследовательскую группу профессора Декеля.
Клетки почек плода человека. Источник: Медицинский центр Шиба.
«Жизнь начинается с плюрипотентных стволовых клеток, которые могут дифференцироваться в любую клетку организма», — объясняет профессор Декель. «Раньше удавалось выращивать органоиды — трёхмерные органоподобные культуры — путём получения таких общих стволовых клеток и их переноса в почки, но примерно через месяц почка в культуре погибала, и процесс приходилось начинать заново».
«Около десяти лет назад моей исследовательской группе впервые удалось выделить стволовые клетки почечной ткани человека, которые отвечают за рост развивающегося органа. Теперь нам впервые удалось вырастить человеческую почку в форме органоида из специфических стволовых клеток почки, и это происходит параллельно с процессом созревания в матке, который происходит до 34-й недели беременности».
Исследователи выращивают органоиды в лабораторных условиях для изучения органов способами, которые невозможно реализовать у человека. Однако органоиды, полученные из плюрипотентных стволовых клеток, часто содержат нежелательные клетки, не имеющие отношения к исследуемому органу, что загрязняет экспериментальные данные. Органоид профессора Декеля был выращен из стволовых клеток почечной ткани «чистым» способом, поскольку эти стволовые клетки дифференцируются исключительно в почечную ткань. Эти клетки развились в различные типы почечных клеток и за полгода сформировали различные ткани почки, такие как клетки кровяного фильтра, почечные и мочевыводящие протоки; этот процесс известен как тубулогенез.
«Выращивание структур почек плода может пролить новый свет на биологические процессы в целом и, в частности, на процессы, приводящие к заболеваниям почек», — говорит профессор Декель. «И действительно, когда мы избирательно блокировали определённые сигнальные пути [в органоиде], мы увидели, как это привело к врождённому дефекту. Мы фактически наблюдаем вживую, как проблема развития приводит к заболеваниям почек, наблюдаемым в клинике, что позволит разработать инновационные методы лечения».
Последствия этого выходят далеко за рамки исследований.
Профессор Бенджамин Декель, директор отделения детской нефрологии и Института исследований стволовых клеток в детской больнице «Сафра» при медицинском центре «Шиба» и директор Центра регенеративной медицины «Сагол» при Тель-Авивском университете. Источник: Медицинский центр «Шиба»
«Тот факт, что мы можем со временем выращивать стволовые клетки почечной ткани вне организма, открывает путь к регенеративной медицине, то есть к трансплантации почечной ткани, выращенной в лаборатории, внутрь организма или, в качестве альтернативы, к использованию сигналов, выделяемых органоидом , для восстановления и омоложения повреждённой почки», — сказал профессор Декель. «Теперь у нас есть практически неисчерпаемый источник различных почечных клеток и более глубокое понимание их различных ролей в развитии и функционировании почек ».
«Подобные прорывы отражают уникальное место Израиля в мире», — говорит профессор Дрор Харац, председатель Исследовательского управления Шибы.
«В последние годы мы стали свидетелями попыток дистанцировать Израиль от международных центров влияния, и подобные научные успехи служат напоминанием о том, что наш вклад в медицинские и научные исследования значителен и неоспорим».