Ученые сообщают в Nature об использовании плюрипотентных стволовых клеток для создания тканей желудка человека в чашке Петри, которые производят кислоту и пищеварительные ферменты.
Публикация результатов своих исследований в Интернете Ян. 4: исследователи из Медицинского центра детской больницы Цинциннати вырастили ткани из области тела / дна желудка. Исследование было проведено через два года после того, как та же команда создала область, производящую гормоны желудка (антральный отдел).
Это открытие означает, что теперь исследователи могут выращивать обе части человеческого желудка для изучения болезней, моделирования новых методов лечения и понимания человеческого развития и здоровья способами, которые ранее были невозможны.
"Теперь, когда мы можем выращивать желудочные мини-органы антрального и телькового / фундального типов, можно изучить, как эти желудочные ткани человека взаимодействуют физиологически, по-разному реагируют на инфекции, травмы и реагируют на фармакологические методы лечения," сказал Джим Уэллс, доктор философии, главный исследователь и директор Центра плюрипотентных стволовых клеток в Cincinnati Children’s. "Болезни желудка поражают миллионы людей в Соединенных Штатах, а рак желудка является третьей по значимости причиной смертности от рака во всем мире."
Настоящее исследование завершает серию открытий с 2010 года, в которых исследовательские группы во главе или соучастником Уэллса использовали плюрипотентные стволовые клетки человека (hPSC), которые могут стать клетками любого типа в организме, для создания областей желудка и кишечника человека. Они используют ткани для выявления причин и методов лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта человека.
Это включает исследование, опубликованное в ноябре. 21 января 2016 года, издано Nature Medicine, в ходе которого ученые создали кишечник человека с кишечной нервной системой. Эти высокофункциональные ткани способны поглощать питательные вещества и демонстрировать перистальтику – сокращения мышц кишечника, которые перемещают пищу из одного конца желудочно-кишечного тракта в другой.
Основная задача лаборатории Уэллса – изучение того, как органы формируются во время эмбрионального развития. Это включает пищевод, желудок, поджелудочную железу и кишечник. Уэллс и его коллеги особенно заинтересованы в поиске новых методов лечения генетических форм заболеваний, таких как моногенный диабет и болезнь Гиршпрунга.
Начиная с нуля
Основная проблема, с которой столкнулись исследователи в данном исследовании, – это отсутствие базовых знаний о том, как обычно формируется желудок во время эмбрионального развития.
"Мы не могли создать ткань человеческого желудка в чашке Петри, пока не выяснили, как желудок обычно формируется у эмбриона," объясняет Уэллс.
Чтобы восполнить этот пробел, исследователи использовали мышей для изучения генетики эмбрионального развития желудка.
При этом они обнаружили, что фундаментальный генетический путь (WNT / β-катенин) играет важную роль в управлении развитием области тела / дна желудка у эмбрионов мыши. После этого исследователи манипулировали WNT / β-катенином в чашке Петри, чтобы вызвать образование органоидов глазного дна человека из плюрипотентных стволовых клеток.
Затем авторы исследования дополнительно усовершенствовали процесс, выявив дополнительные молекулярные сигнальные пути, которые управляют образованием критических типов клеток желудка на глазном дне. К ним относятся главные клетки, вырабатывающие ключевой пищеварительный фермент, называемый пепсином, и париетальные клетки. Париетальные клетки выделяют соляную кислоту для пищеварения и внутренний фактор, помогающий кишечнику усваивать витамин B-12, который имеет решающее значение для образования клеток крови и поддержания здоровья нервной системы.
Уэллс сказал, что стволовым клеткам требуется около шести недель, чтобы сформировать ткани дна желудка в чашке Петри.
Переводческое направление
В настоящее время исследователи планируют изучить способность тканеинженерных органоидов желудка человека моделировать желудочные заболевания человека путем трансплантации их в модели мышей. В частности, Уэллс и его коллега Яна Заврос, доктор философии, доцент Университета Цинциннати, хотят изучить реакцию органоидов глазного дна после заражения H. (Helicobacter) pylori бактерии. ЧАС. pylori вызывает хронический гастрит, язву желудка и является основным фактором риска развития рака желудка.
Органоиды желудка также можно использовать в сочетании с органоидами кишечника для изучения того, как организм контролирует пищеварение и правильное усвоение питательных веществ, а также множество других заболеваний, влияющих на желудочно-кишечный тракт. К ним относятся нарушения моторики желудочно-кишечного тракта, воспалительные заболевания, исследования потребления лекарств и изучение полезных микробов (пробиотиков), а также вредных.