Впервые в лабораторных условиях из стволовых клеток создана ткань кишечника
В исследовании, результаты которого были опубликованы в журнале «Nature», специалисты детской больницы медицинского центра Цинциннати впервые в истории медицины создали функционирующую ткань кишечника из плюрипотентных стволовых клеток. Это исследование открывает беспрецедентные перспективы в лечении различных заболеваний и нарушений функции кишечника, а также является значительным шагом в создании тканей для трансплантации.
«Это первое исследование, которое доказывает возможность получения из человеческих плюрипотентных стволовых клеток в чашке Петри функционирующих систем человеческого тела с трехмерной архитектурой и клеточным составом удивительно похожих на ткань кишечника», - сказал Джеймс Уэллс, руководитель исследования и научный сотрудник отдела биологии развития в детской больнице медицинского центра Цинциннати, - «надеюсь, что такая возможность превращать стволовые клетки в ткань кишечника в конечном итоге будет полезной для людей с такими заболеваниями, как некротический энтероколит, воспалительные заболевания кишечника и синдром укороченной тонкой кишки».
В ходе исследования группа ученых под руководством доктора Уэллса, в т.ч. и ведущего автора исследования Джейсона Спенса, сотрудника лаборатории доктора Уэллса, использовала два типа плюрипотентных клеток: эмбриональные стволовые клетки человека (ЭСК) и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (induced pluripotent stem cells, iPSCs). Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки были получены путем перепрограммирования полученных в результате биопсии человеческих клеток кожи в плюрипотентные стволовые клетки. Это было сделано в сотрудничестве с сотрудником лаборатории детской больницы медицинского центра Цинциннати Сюзанной Уэллс и Крисом Мэйхью, содиректором Фонда плюрипотентных стволовых клеток.
Эмбриональные стволовые клетки называются плюрипотентными из-за их способности стать любым из более чем 200 различных типов клеток в организме человека. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки могут быть получены из клеток тканей пациентов и использоваться в терапевтических целях. Преимуществом использования индуцированных плюрипотентных стволовых клеток является отсутствие риска отторжения тканей, т.к. генетически они абсолютно идентичны «родным» тканям пациента. Однако опыт использования в клинической практике индуцированных плюрипотентных стволовых клеток в настоящее время практически отсутствует, хотя теоретически они обладают всеми характеристиками эмбриональных стволовых клеток и присущим им потенциалом. Поэтому в исследовании использовались и эмбриональные стволовые клетки, и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, чтобы оценить потенциальные возможности, достоинства и недостатки и ЭСК, и iPSCs с перспективой их дальнейшего использования в клинической практике.
Чтобы получить из плюрипотентных стволовых клеток кишечную ткань, ученые провели ряд клеточных манипуляций с использованием химических веществ и белков, называемых факторами роста, чтобы имитировать эмбриональное развитие клеток кишечника в лабораторных условиях.
Первым шагом в процессе превращения плюрипотентных стволовых клеток в эмбриональный тип клеток было получение клеток эндодермы, из которых в последующем развиваются клетки пищевода, желудка и кишечника, а также легких, поджелудочной железы и печени. Далее клетки эндодермы превращались в эмбриональные клетки кишечника и собственно клетки кишечника. В течение 28 дней эти процедуры привели к формированию трехмерных тканей плода, напоминающих по строению ткань кишечника, которая содержит все основные типы клеток кишечника. Ткани продолжали развиваться и приобретать основные функции нормального человеческого кишечника.
Доктор Уэллс сказал, что его команда и другие исследователи по всему миру смогут извлечь немало полезной информации из этого исследования и использовать его результаты в качестве инструмента для изучения процесса развития кишечника человека и причин возникновения различных его заболеваний и нарушений нормального функционирования.
Другим важным достижением данного исследования является возможность получения ткани кишечника для пересадки и лечения различных заболеваний, лечение которых с использованием ранее существующих методик было неэффективным, например, синдрома укороченной тонкой кишки. Этот подход пройдет предварительную проверку на животных в сотрудничестве с Ноем Шройером и Майклом Хелмретом, хирургами-трансплантологами из детской больницы медицинского центра Цинциннати. В конечном счете исследователи хотят адаптировать эту методику для использования в лечении заболеваний кишечника у людей.
По словам исследователей результаты их работы будут также содействовать проведению исследований для разработки более эффективных лекарственных средств, которые легче усваивается организмом, так как через кишечник всасывается большинство лекарственных средств, принятых перорально.
В проведении данного исследования принимали участие сотрудники различных служб и подразделений детской больницы медицинского центра Цинциннати: отделений биологии развития, гематологии и онкологии, легочной биологии и гастроэнтерологии, гепатологии и питания были, в частности Скотт Ранкин, Мэтью Кухар, Джефферсон Валланс, Кэтрин Толле, Элизабет Хоскинс, Владимир Калиниченко и Аарон Цорн.
Использованы материалы журнала «Nature» и официального веб-сайта детской больницы медицинского центра Цинциннати
Источник: /