Jelito odtworzone w laboratorium?

Nowy narząd właśnie został odtworzony w laboratorium. Chodzi tym razem o jelito, które zostało otrzymane z komórek macierzystych, poddanych działaniu hormonów. „Organoid” ten ma wszystkie cechy charakterystyczne dla prawdziwego jelita i może być zastosowany w poszukiwaniach substancji terapeutycznych, albo w transplantacji. Rekonstrukcja narządów in vitro jest coraz popularniejsza.

Z powodu braków dawców organów, ale także po prostu dlatego, iż jest to bardzo stymulująca dziedzina medycyny, naukowcy raz po raz udowadniają swój geniusz w imitowaniu matki natury. Po sztucznych płucach, teraz przyszła kolej na sztucznie zrekonstruowane jelito, w laboratoryjnych warunkach.

Jeśli jelito wydaje się a priori mniej kompleksowe niż płuca, ponieważ chodzi pozornie „jedynie” o długi przewód, to jednakże jest ono także złożone w wielkiej liczby różnego rodzaju komórek. W rzeczywistości, jelito ma za zadanie trawienie pokarmów oraz absorbowanie składników odżywczych poprzez nabłonek jelitowy, a także zapewnianie ruchów perystaltycznych. Są to funkcje, za które odpowiadają wyspecjalizowane komórki.

Naukowcy wyszli od komórek pluripotencjalnych, w teorii zdolnych do generowania każdego rodzaju tkanki. Użyto dwóch wielkich typów komórek macierzystych: komórek macierzystych embrionalnych (komórki naturalnie pluripotencjalne, ponieważ pochodzą z embrionów, ang. Embryonic Stem Cell – ESC), oraz pluripotencjalnych komórek macierzystch dojrzałych (iPSC, ang. Induced pluripotent stem cells), które stały się pluripotencjalne dzięki manipulacjom genetycznym.

Komórki macierzyste pod kontrolą hormonalną

Opierając się na poprzednich danych, naukowcy zrekonstruowali chronologię ekspresji różnych czynników wzrostu w przebiegu rozwoju zarodkowego. Te z kolei mają bardzo ściśle określone role do odegrania w kluczowych momentach, które pozwalają na bardzo zorganizowany rozwój tkanek embrionalnych, a to dzięki aktywacji ekspresji specyficznych genów.

W ten sposób, komórki macierzyste przez trzy dni przebywały w kontakcie z aktywiną A, która jest białkiem biorącym udział w rozwoju endodermy. Z tego listka zarodkowego powstają stopniowo niektóre organy wewnętrzne, takie jak jelito, w przeciwieństwie do ektodermy i mezodermy, które różnicują się odpowiednio w tkanki bardziej zewnętrzne (oczy, skóra), albo pośrednie (naczynia krwionośne, kości, mięśnie poprzecznie prążkowane...).

Dwa czynniki biorące udział w różnicowaniu jelita grubego (FGF4 i Wnt3), zostały następnie włączone do środowiska, w którym hodowane były komórki, i trwało to cztery dni. Taki okres wystarczył, żeby szczep komórkowy zaczął się spontanicznie rozwijać i stworzyć pustą tubę. Aby ostatni etap mógł przebiec (wzrost jelit, morfogeneza oraz różnicowanie komórkowe), otrzymana w ten sposób tkanka została poddana działaniu nowych hormonów: EGF, noggin i R-spondin.

Jelito in vitro prawie jak naturalne

Na końcu, naukowcom udało się otrzymać „organoid” trójwymiarowy, którego właściwości czynią go podobnym do jelita naturalnego:

forma wydrążonej rury;

warstwa pokryta wyspecjalizowanymi komórkami nabłonkowymi, tak jak w klasycznym jelicie: enterocytami (komórkami wyspecjalizowanymi w absorpcji składników odżywczych), komórkami enteroendokrynnymi (które odpowiadają za ekspresję hormonów), komórkami kubkowymi (odpowiedzialnymi za wydzielanie śluzu) oraz komórkami Panetha (służą do obrony jelita);

obecność mikrokosmków;

obecność komórek krypty jelitowej (źródło komórek macierzystych, gotowych do zastąpienia komórek jelitowych, które zostały zniszczone);

warstwa komórek mięśniowych.

Rezultaty te, opublikowane w przeglądzie naukowym Nature, są prawdziwym postępem w tej dziedzinie. W rzeczywistości, jest to pierwszy raz w historii, kiedy pojawia się możliwość odtworzenia całości typów komórkowych jednego organu dzięki takiej metodzie.

Pozwala to na wyobrażenie sobie zastosowania tego „organoidu” do testowania nowych substancji terapeutycznych, albo do lepszego zrozumienia i poznania chorób jelitowych. Jeśli metoda ta udowodni, że jest skuteczna, będzie można także rozważać autologiczne przeszczepy (z komórek pacjenta), w szczególności w przypadku pacjentów, którzy cierpią na deformacje wrodzone.