Zespół dr Takanoriego Takebe z Cincinnati Children’s Hospital oraz japońskiego Institute of Science Tokyo ogłosił wyniki badań, które mogą zrewolucjonizować medycynę regeneracyjną. W publikacji w Nature Biomedical Engineering opisano stworzenie funkcjonalnych organoidów wątroby – struktur przypominających miniaturowe narządy – które po raz pierwszy zawierają w pełni zintegrowany układ naczyń krwionośnych. To osiągnięcie pozwala na realistyczne modelowanie chorób i wytwarzanie czynników krzepnięcia, w tym brakującego u chorych z hemofilią czynnika VIII.
Wątroba z laboratorium – jeszcze nie do przeszczepów, ale do produkcji leków
Organoidy od dawna są postrzegane jako jedno z największych osiągnięć biologii komórkowej XXI wieku. Hodowane z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSC), potrafią przyjąć cechy konkretnych narządów – takich jak jelita, płuca czy mózg – i służyć jako modele chorób, narzędzia do testowania leków, a w przyszłości – rezerwuar do transplantacji tkanek. Dotąd jednak ich rozwój był ograniczony brakiem wewnętrznego krążenia. Bez naczyń krwionośnych organoidy nie mogły przekroczyć rozmiaru kilku milimetrów i wykazywały bardzo ograniczoną funkcjonalność.
Czytaj też: Nowy organ na liście przeszczepów. Historyczna operacja w USA
To, co wyróżnia badanie Takebe i współpracowników, to nie tylko obecność naczyń, lecz ich biologiczna specyfika. Zamiast dodawać do organoidów dojrzałe komórki śródbłonka naczyń tętniczych – które nie pasują do architektury wątroby – zespół postawił na coś zupełnie innego: progenitory specyficzne dla wątroby, nazwane iLSEP (induced Liver Sinusoidal Endothelial Progenitors). Dzięki unikalnej technice hodowli IMALI (inverted multilayered air-liquid interface), komórki te spontanicznie różnicowały się w strukturę obejmującą nie tylko komórki śródbłonka, ale też miąższ wątrobowy, mezenchymalne przegrody i elementy przypominające tętniczki oraz sinusoidy – mikroskopijne naczynia charakterystyczne dla wątroby.
Jak podkreśla pierwszy autor badania, dr Norikazu Saiki z Tokyo Institute of Science, kluczowym elementem sukcesu było pozwolenie komórkom na samodzielną organizację. Zamiast wymuszać kolejność etapów rozwoju, zespół stworzył warunki, w których różne typy komórek „nauczyły się” wzajemnie komunikować, jak w zarodkowym rozwoju narządu. To podejście przyniosło efekt w postaci otwartych, perfundowanych naczyń zdolnych do transportu krwi, co potwierdzono w badaniach in vivo.
Funkcjonalność stworzonych naczyń nie jest tylko estetyczna. Organoidy te produkują czynniki krzepnięcia – w tym VIII, IX, XI i V – z których część jest praktycznie niemożliwa do uzyskania w warunkach laboratoryjnych. W testach na myszach z modelem hemofilii A przeszczep tych organoidów wystarczył, by zapobiec śmiertelnym krwawieniom. To oznacza, że przyszłościowo mogą one stanowić alternatywę dla terapii genowych i standardowych koncentratów osoczowych, które nie działają u ok. 20 proc. pacjentów z hemofilią z powodu powstania inhibitorów. Co więcej, ludzie z niewydolnością wątroby – którzy również cierpią na niedobór czynników krzepnięcia – mogliby zyskać tymczasowe „wsparcie” czynnikowe bez konieczności natychmiastowej transplantacji całego narządu.
Jak zaznacza dr Takebe, skala tego przedsięwzięcia wykracza poza hemofilię. W przyszłości możliwe będzie tworzenie organoidów z układami naczyniowymi dostosowanymi do innych narządów, takich jak nerki, płuca czy trzustka. Dzięki IMALI możliwe stało się uzyskanie precyzyjnej organizacji wielu typów komórkowych bez konieczności ich ręcznego miksowania – co przypomina naturalną embriogenezę.
Na razie technologia pozostaje w fazie przedklinicznej, ale autorzy badania podkreślają, że jej skalowalność i stabilność stanowią jeden z głównych priorytetów kolejnych lat. Produkcja organoidów na skalę przemysłową wymaga udoskonaleń w zakresie bioreaktorów, automatyzacji i precyzyjnej kontroli nad jakością komórek wyjściowych. Istotne będzie też dalsze modelowanie biologii krążenia w różnych narządach i próby integracji takich struktur z istniejącym układem naczyniowym organizmu.
Dzięki pracy zespołu Takebe nauka zrobiła ogromny krok w kierunku pełnej bioinżynierii funkcjonalnych tkanek. Choć do przeszczepu ludzkiego organoidu z naczyniami jeszcze daleka droga, to obecne wyniki oznaczają, że jesteśmy bliżej niż kiedykolwiek nie tylko regeneracji, ale i konstrukcji całkowicie funkcjonalnych narządów in vitro – nie syntetycznych, ale biologicznie zintegrowanych z organizmem.
