Учёные вырастили мини-лёгкое из стволовых клеток человека

Исследователи впервые создали трёхмерные лёгкие-органоиды из стволовых клеток человека. Подобные лёгочные ткани, выращенные в лаборатории, могут быть использованы для изучения таких заболеваний как, например, идиопатический легочный фиброз (ИЛФ), которые трудно поддаются исследованиям традиционными методами. Результаты работы были опубликованы 15 сентября 2016 года в Stem Cells Translational Medicine.

Учёные из Центра регенеративной медицины и исследования стволовых клеток Илайа и Эдит Броад при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research at University of California, Los Angeles, США) нанесли стволовые клетки лёгких человека на крошечные шарики из геля, которые впоследствии самоорганизовались в альвеоло-подобные структуры, аналогичные нативным.

«Нам пока не удалось создать полностью функциональные лёгкие. Мы смогли получить лёгочные клетки и правильно их расположить в пространстве, имитируя строение лёгких человека», — говорит ведущий автор исследования, доцент Бриджит Гомперц (Brigitte Gomperts).

Идиопатический легочный фиброз – хроническое заболевание, характеризующееся появлением рубцов в лёгочной ткани, что приводит уплотнению и потере эластичности лёгких и, как следствие, развитию отдышки и недостатку притока кислорода к мозгу и другим жизненно важным органам. После постановки диагноза большинство людей живёт от трёх до пяти лет.

На сегодняшний день причина возникновения заболевания не изучена, однако известно, что практически во всех случаях, за исключением небольшого процента, болезнь передаётся по наследству. Кроме того, курение и воздействие некоторых видов пыли увеличивает риск развития ИЛФ.

С целью изучения влияния генетических мутаций и препаратов на клетки лёгких, исследователи ранее использовали двухмерные клеточные культуры. Однако, при таком культивировании, клетки, полученные от пациентов с идиопатическим легочным фиброзом, выглядят здоровыми.

«Учёные действительно не в состоянии смоделировать рубцевание лёгких в чашке Петри», — говорит Гомперц. Невозможность создания модели ИЛФ в лаборатории затрудняет изучение биологии данного заболевания и разработку возможных видов лечения.

Гомперц совместно с коллегами решили использовать в своей работе стволовые клетки, полученные из лёгких взрослых доноров. Учёные нанесли клетки на гидрогелевые шарики с липкой поверхностью, а затем поместили шарики в крошечные лунки, по 7 мм в диаметре каждая.

Клетки успешно росли на шариках, которые были соединены друг с другом, равномерно пролиферируя и образуя трёхмерную структуру. Чтобы продемонстрировать сходство полученных крошечных органоидов с лёгкими, учёные сравнили выращенные в лаборатории ткани с настоящими отделами лёгких человека.

«Техника очень проста. Мы можем создать тысячи участков ткани, подобной лёгочной и содержащей клетки конкретного пациента», — говорит аспирант и первый соавтор работы Дэн Уилкинсон (Dan Wilkinson).

Более того, когда Уилкинсон и Гомперц добавили определённые молекулярные факторы к выращенной трёхмерной структуре, образовались рубцы, аналогичные тем, которые наблюдаются у людей с идиопатическим легочным фиброзом, что не может быть осуществлено с использованием двухмерных культур данных клеток.

Используя методику получения органоидов лёгких, исследователи смогут изучить биологические основы заболеваний легких, включая идиопатический легочный фиброз, а также протестировать возможные методы лечения индивидуально для каждого пациента.