Они воспроизводят и структуру, и функции оригинальных органов.
Несмотря на свое приземленное вроде бы предназначение — фильтрация крови, — почки настолько сложны, что попытки вырастить их в лаборатории до сих пор позволяли получить лишь грубые приближения.
Похоже, ученые совершили прорыв на этом тернистом пути. В свежем номере журнала Cell Stem Cell они представили самые аутентичные на сегодня аналоги почек из стволовых клеток, что приближает мечту об изготовлении полноценных органов для трансплантации.
Выращенные из почечных стволовых клеток органоиды размером 1 миллиметр воспроизводят некоторые сложные внутренние элементы почки и способны выделять мочу, если их пересадить мышам. Разработка поможет в изучении развития и функций почек, исследовании заболеваний и тестировании лечения.
По сравнению с предыдущими почечными органоидами «это, вероятно, лучшее из того, что мы когда-либо видели», оценил эволюционный биолог Алекс Комбс из Университета Монаша. Но «предстоит еще долгий путь» до выращивания новых почек для трансплантации, предупредил он.
Уступая по сложности только мозгу, почки содержат сеть крошечных канальцев, которые фильтруют кровь, а затем возвращают воду и другие необходимые организму вещества. Используя стволовые клетки, исследователи смогли вырастить in vitro органоиды, в которых развиваются основные функциональные единицы почек, такие как нефроны (фильтрующие элементы) и собирательные трубки, способствующие реабсорбции воды и натрия. Некоторые из этих творений способны даже продуцировать разбавленную мочу в организме лабораторных животных. Однако развитие этих органоидов останавливается на ранней стадии, что ограничивает использование в качестве моделей почек.
Чтобы стимулировать дальнейшее созревание, биолог стволовых клеток Чжунвэй Ли из Южно-Калифорнийского университета и его коллеги испытали различные химические смеси для питательной среды. Один из составов в конечном итоге позволил получить структуры с более сложной сетью канальцев, чем предыдущие органоиды, паттерны генной активности которых напоминают таковые у почек новорожденных мышей.
Органоиды также выделяли некоторые из тех же гормонов, что и настоящие почки. А при имплантации мышам легко соединялись с кровеносной системой грызунов и начинали фильтровать кровь. Однако, как и другие органоиды, эти могут выделять только разбавленную мочу, потому что им не хватает структур для концентрации.
Аналогичные органоиды вырастили из человеческих стволовых клеток, хотя они не получились такими зрелыми, как их мышиные аналоги. Они также могли соединяться с кровеносной системой и, по-видимому, фильтровали кровь, но экспериментаторы не сумели получить от них мочу.
Были также выращены органоиды с генетическим дефектом, приводящим к поликистозной болезни почек — чтобы убедиться, что на них можно изучать болезни выделительной системы. Их пересадили мышам — и «искусственные» почки разрослись множеством кист.
Этот эксперимент стал «полезным шагом к реалистичности», заметил экспериментальный анатом Джейми Дэвис из Эдинбургского университета, потому что впервые удалось проследить взаимодействие между кистозными органоидами и иммунными клетками, что невозможно in vitro.
«Другие органоиды довольно неорганизованы. Здесь же им удалось добиться организации», — похвалил коллег нефролог Джозеф Бонвентр из Гарвардского университета.
До настоящих почек этим органоидам, конечно, очень далеко, признал Дэвис: «Вы не перепутаете его с настоящей почкой — но он пытается делать правильные вещи».
По словам Ли, самой сложной задачей остается «прокладка канализации» — ускорение развития сосудов и мочеточников. Он рассчитывает решить эту проблему в течение пяти лет.
Вполне разумно предположить, что выращенные в лаборатории почки «могут стать следующим большим прорывом в заместительной почечной терапии», резюмирует профессор Бонвентр: «Мы так далеко продвинулись за короткое время».