Ученые, работающие над биоинженерией всей желудочно-кишечной системы человека в лаборатории, теперь сообщают об использовании плюрипотентных стволовых клеток для выращивания органоидов пищевода человека.
Исследование, опубликованное в журнале Cell Stem Cell, является последним достижением исследователей из Детского центра медицины стволовых клеток и органоидов Цинциннати (CuSTOM). Центр разрабатывает новые способы изучения врожденных дефектов и заболеваний, от которых страдают миллионы людей с желудочно-кишечными расстройствами, например, желудочный рефлюкс, рак и т. Д. Работа ведет к новым персонализированным диагностическим методам и частично направлена на разработку методов регенеративной терапии тканей для лечения или лечения расстройств желудочно-кишечного тракта.
По словам авторов, недавно опубликованное исследование – первый случай, когда ученым удалось вырастить ткань пищевода человека полностью из плюрипотентных стволовых клеток (PSC), которые могут образовывать ткани любого типа в организме. Ученые Cincinnati Children’s и их сотрудники из нескольких учреждений уже использовали PSC для биоинженерии кишечника, желудка, толстой кишки и печени человека.
"Заболевания пищевода и трахеи настолько распространены у людей, что органоидные модели пищевода человека могут быть очень полезными," сказал Джим Уэллс, доктор философии.D., главный научный сотрудник КУСТОМ и ведущий научный сотрудник. "Помимо того, что это новая модель для изучения врожденных дефектов, таких как атрезия пищевода, органоиды могут использоваться для изучения таких заболеваний, как эозинофильный эзофагит и метаплазия Барретта, или для биоинженерии, генетически подобранной ткани пищевода для отдельных пациентов."
В исследовании участвуют исследователи из отделов биологии развития, онкологии, аллергии и иммунологии и эндокринологии в Cincinnati Children’s и Gladstone Institutes в Сан-Франциско. Сюда входит первый автор исследования Стивен Трисно, аспирант и сотрудник лаборатории Уэллса.
Продовольственный канал
Пищевод – это мышечная трубка, которая активно передает пищу изо рта в желудок. Орган может быть поражен врожденными заболеваниями, такими как атрезия пищевода – сужение или порок развития пищевода, вызванные генетическими мутациями.
Кроме того, есть несколько болезней, которыми могут поражаться люди в более позднем возрасте. Некоторые из них включают рак пищевода, гастроэзофагеальную рефлюксную болезнь (ГЭРБ) или редкое заболевание, называемое ахалазией – заболевание, поражающее мышцы нижней части пищевода, которое препятствует сокращению органа и прохождению пищи.
Исследователи отмечают, что все состояния требуют лучшего лечения. Это требует более точного понимания генетических и биохимических механизмов, лежащих в основе их причины – потребность, удовлетворяющая способность создавать и изучать надежные, функциональные, генетически согласованные модели ткани пищевода человека, которые могут быть выращены из собственных клеток человека.
По следам природы
Ученые основали свой новый метод использования человеческих PSC для общих органоидов пищевода на точно синхронизированных, пошаговых манипуляциях с генетическими и биохимическими сигналами, которые формируют паттерн и формируют ткани эмбриональной энтодермы и передней кишки. Они частично сосредоточились на гене Sox2 и связанном с ним белке, которые, как уже известно, вызывают состояния пищевода, когда их функция нарушается. – Ученые использовали мышей, лягушек и культуры тканей человека, чтобы идентифицировать другие гены и молекулярные пути, регулируемые Sox2 во время формирования пищевода.
Ученые сообщают, что на критических стадиях эмбрионального развития ген Sox2 блокирует программирование и действие генетических путей, которые заставляют клетки становиться респираторными, а не пищеводными. В частности, белок Sox2 подавляет передачу сигналов молекулы, называемой Wnt, и способствует образованию и выживанию тканей пищевода.
В другом тесте, чтобы подтвердить важность экспрессии Sox2 для формирования пищевода, исследователи изучили полную потерю Sox2 в процессе развития у мышей. Отсутствие Sox2 привело к агенезу пищевода – состоянию, при котором пищевод оканчивается сумкой и не соединяется с желудком.
После успешного создания полностью сформированных органоидов пищевода человека, которые выросли до длины примерно 300-800 микрометров примерно за два месяца, биоинженерные ткани сравнивали биохимически с тканями пищевода из биоптатов пациентов. По словам авторов, эти тесты показали, что биоинженерные и биопсийные ткани поразительно похожи по составу.
По словам Уэллса, исследовательская группа продолжает свои исследования процесса биоинженерии для органоидов пищевода и определяет будущие проекты по развитию терапевтического потенциала технологии. Это включает использование органоидов для изучения прогрессирования конкретных заболеваний и врожденных дефектов, влияющих на пищевод.