Исследователи из Медицинской школы Университета Питтсбурга объединили синтетическую биологию с алгоритмом машинного обучения для создания органоидов печени человека с системами обработки крови и желчи. При имплантации мышам с нарушенной печенью выращенная в лаборатории заменитель печени продлевает жизнь.
Исследование, опубликованное сегодня в Cell Systems , показывает, что можно запустить и ускорить созревание выращенного в лаборатории органа без ущерба для точности или контроля.
«Беременность составляет девять месяцев — для созревания новых органов требуется столько времени и даже месяцев после рождения — но если человеку нужна печень , он не сможет ждать так долго», — сказал автор исследования Мо Эбрахимхани, доктор медицины, доцент. доктор патологии и биоинженерии, а также член Питтсбургского центра исследования печени и Института регенеративной медицины Макгоуэна. «Мы показали, что можно получить ткань печени человека с четырьмя основными типами клеток и сосудистой сетью за 17 дней. Мы можем созреть ткань почти до третьего триместра всего за три месяца».
Другие группы пытались ускорить созревание органоидов в блюде с помощью факторов роста, но это дорого, непоследовательно и подвержено человеческим ошибкам , сказал Эбрагимхани. Часто встречаются нежелательные ткани или типы клеток, такие как клетки кишечника или мозга, растущие в середине того, что должно быть твердой печенью.
Использование генной инженерии более чистое, но более сложное в управлении. Итак, Эбрагимхани сотрудничал с Патриком Каханом, доктором философии, из Университета Джона Хопкинса, чтобы использовать систему машинного обучения, которая может реконструировать гены, необходимые для созревания печени человека.
Затем Эбрахимхани вместе со своим сотрудником из Питта, Самирой Киани, доктором медицины, применили методы генной инженерии , включая CRISPR, чтобы превратить массу незрелой ткани печени, первоначально полученной из стволовых клеток человека, в то, что команда называет «дизайнерскими органоидами печени».
Чем более зрелыми становились органоиды, тем больше капилляров и рудиментарных клеток желчных протоков проникало сквозь тонкий слой ткани, и тем больше функция крошечного органа соответствовала его полноразмерной естественной модели человека. Накопление энергии, накопление жира, химический транспорт, активность ферментов и производство белка были ближе к функции печени взрослого человека, хотя и не идеально.
Эбрагимхани воображает, что дизайнерские органоиды имеют три основных применения: открытие лекарств, моделирование болезней и трансплантация органов. Поскольку стволовые клетки могут поступать из собственного тела пациента, выращенные в лаборатории органы можно персонализировать, чтобы не было угрозы иммунного отторжения.
При пересадке мышам с поврежденной печенью созданные Эбрагимхани органоиды печени успешно интегрировались в тела животных и продолжали работать, производя человеческие белки, которые обнаруживались в крови животных и продлевали жизнь животных.
По словам Эбрагимхани, это доказательство принципа, показывающее, что это возможно. Этот метод потенциально может пойти гораздо дальше.
«Нашим эталоном была человеческая печень, созданная природой, но вы можете выбрать любой дизайн, который вам нравится. Например, вы можете сделать генетический переключатель, который защитит ткань от вируса, нацелит ДНК вируса и уничтожит ее», — сказал Эбрагимхани. сказал. «Это отличает этот метод».
Источник: