„Pąki” wątroby - małe bryły funkcjonalnej trójwymiarowej ludzkiej tkanki wątroby - wyhodowano z mieszanki komórek macierzystych. Zdjęcie Takanori Takebe
Jeśli cierpisz na niewydolność wątroby i potrzebujesz przeszczepu, szanse są ponure. Ostra niewydolność wątroby może spowodować śmierć w ciągu kilku miesięcy lub tygodni od pierwszego pojawienia się objawów, a szanse na przeszczep wątroby są niewielkie - w USA prawie 17 000 osób czeka na wątrobę, a średni czas oczekiwania może się zbliżyć rok.
To jest powód, dla którego naukowcy starają się znaleźć alternatywne sposoby generowania wątroby zastępczej, głównie poprzez manipulację indukowanymi komórkami macierzystymi w celu rozwoju tkanki wątroby. Niedawno zespół naukowców z Japonii zrobił ogromny krok naprzód w kierunku tego celu, wykorzystując komórki macierzyste do wyhodowania małych, podstawowych grudek wątroby, które działały skutecznie po wszczepieniu myszom, wytwarzając białka i odfiltrowując chemikalia tak, jak robią to normalne wątroby.
Grupa przedstawiła wstępne raporty z ich sukcesu w zeszłym roku na dorocznym spotkaniu Międzynarodowego Towarzystwa Badań nad Komórkami Macierzystymi, ale nie ujawniła pełnych szczegółów do dziś, w badaniu opublikowanym w Nature . Chociaż nie ma pewności, że ich metoda kiedykolwiek doprowadzi do wymiany wątroby - a nawet jeśli tak się stanie, miną lata, zanim okaże się bezpieczna i skuteczna dla ludzi - osiągnięcie jest pierwszym w historii funkcjonalnym narządem ludzkim, choć małym skala, którą hodowano wyłącznie z komórek macierzystych.
Naukowcy, kierowani przez Takanori Takebe z Yokohama City University, pracowali z indukowanymi pluripotencjalnymi komórkami macierzystymi, które są jak embrionalne komórki macierzyste, ponieważ są zdolne do rozwoju w każdy możliwy rodzaj tkanki ludzkiej, ale są wytwarzane przez manipulowanie normalnymi dorosłymi komórkami somatycznymi . Ze względu na obawy etyczne związane z pozyskiwaniem komórek macierzystych z ludzkich embrionów - oraz fakt, że w Stanach Zjednoczonych istnieją liczne prawne ograniczenia tego - większość naukowców w tej dziedzinie używa teraz tego rodzaju komórek macierzystych.
Naukowcy rozpoczęli od użycia określonych sygnałów chemicznych, aby pobudzić te komórki macierzyste, rosnące na szalce Petriego, do przekształcenia się w uogólnione komórki wątroby zwane hepatocytami, jak to uczyniono we wcześniejszych badaniach. Jednak ich prawdziwą sztuczką było to, co stało się później. Aby naśladować rozwój tkanki wątroby w normalnych ludzkich zarodkach, zmieszano je z dwoma innymi rodzajami komórek: komórkami śródbłonka (które wyściełają wnętrze naczyń krwionośnych) i mezenchymalnymi komórkami macierzystymi (które mogą przekształcić się w tłuszcz, chrząstkę lub kość).
Wszystkie te komórki umieszczono w dwuwymiarowym układzie na płytkach Petriego, ale w ciągu następnych dwóch dni samodzielnie zorganizowały się w trójwymiarowe „pąki” wątroby, które miały około pięciu milimetrów długości i przypominały wczesną fazę rozwoju wątroby w zdrowych ludzkich zarodkach, około pięć tygodni po zapłodnieniu. Pod mikroskopem wykazano, że pąki mają tę samą organizacyjną mieszankę hepatocytów i naczyń krwionośnych normalnie obecnych w tkance wątroby.
Zespół podobno wypróbował setki różnych kombinacji rodzajów komórek dodawanych na różnych etapach iw różnych ilościach, zanim osiągnął precyzyjny koktajl, który doprowadził do wzrostu pąków wątroby, proces ten trwał ponad rok. Wydali film poklatkowy, który pokazuje, jak udana mieszanina komórek spontanicznie absorbuje składniki odżywcze i rośnie w pączek wątroby (specjalnie zabarwiona wersja pokazano po lewej):
Testują te pąki wątroby, wszczepiając je myszom w jamie brzusznej lub w czaszki. Różnorodne testy wykazały, że te podstawowe wątroby były w stanie wykonywać wszystkie te same funkcje, co dojrzałe ludzkie wątroby - wytwarzając te same białka, filtrując wszystkie te same substancje i, co najważniejsze, metabolizując określone substancje chemiczne, z którymi ludzka tkanka wątroby normalnie może sobie poradzić, z wyjątkiem myszy tkanka wątroby nie może.
Wciąż potrzeba ogromnych badań, aby ten proces mógł zostać wykorzystany do produkcji zastępczej tkanki wątroby u ludzi. Takebe zgaduje, że minie dziesięć lat, zanim zaczną się pierwsze badania kliniczne na ludziach. Dla naukowców kolejne kroki to generowanie pąków wątroby, które jeszcze bardziej przypominają normalną tkankę wątroby (wraz z przewodami żółciowymi i innymi strukturami) oraz wytwarzanie większej liczby pąków, ponieważ szacują, że gdzieś rzędu dziesiątek tysięcy byłoby konieczne wyhodować jedną wątrobę, największy wewnętrzny organ ludzkiego ciała.
Być może najbardziej ekscytującym aspektem tych badań jest ich potencjalna uniwersalność: naukowcy spekulują, że tego rodzaju metoda może kiedyś zostać wykorzystana do wzrostu wszelkiego rodzaju tkanek narządowych, w tym trzustki i nerek. W perspektywie krótkoterminowej technika ta mogłaby mieć również innowacyjne zastosowania - na przykład same pąki wątroby mogłyby być użyte do przetestowania toksyczności leków w fazie rozwoju, ponieważ wewnętrzne struktury całego narządu nie są konieczne do ustalenia, które substancje chemiczne nie mogą zostać rozbite w ciele.
