Lėtinėms kepenų ligoms plintant, Science Tokyo mokslininkai sukūrė laboratorijoje išaugintą organoidą, kuris atkartoja atsinaujinančias kepenis ir suteikia naujų vilčių būsimam gydymui. Modelis atkuria sąveiką tarp hepatocitų ir kepenų žvaigždžių ląstelių, dviejų tipų ląstelių, susijusių su kepenų atstatymu ir fibroze. Tai labai reikalinga, žmonėms skirta platforma tirti, kaip vystosi kepenų randai, kaip ląstelės bendrauja traumos metu, ir išbandyti vaistus, galinčius sustabdyti ar net pakeisti kepenų pažeidimą.
Žmogaus kūnas turi nepaprastą gebėjimą gydyti. Tačiau kartais organizmo atkūrimo sistema pridaro daugiau žalos nei naudos. Tai yra lėtinės kepenų ligos atvejis, kai pakartotinis sužalojimas sukelia pažeidimo ir atstatymo ciklus, kurie laikui bėgant sukelia perteklinę ekstraląstelinės matricos (ECM) gamybą.
Kadangi sveiką kepenų audinį pamažu pakeičia standus randinis audinys (procesas, žinomas kaip fibrozė), jis gali išsivystyti į cirozę, negrįžtamą stadiją, dažnai sukeliančią kepenų nepakankamumą. Šiuo metu kepenų transplantacija yra vienintelė pažengusios cirozės gydymo galimybė. Tai pabrėžia skubų terapijos poreikį, kuris galėtų sustabdyti ar net pakeisti fibrozę, kol ji netampa nuolatine.
Kad geriau suprastų, kaip vystosi fibrozė, Tokijo mokslo instituto (Science Tokyo), Japonija, mokslininkai sukūrė naujo tipo žmogaus kepenų organoidą – miniatiūrinį laboratorijoje išaugintą modelį, kuris imituoja tikro kepenų audinio struktūrą ir funkciją. Modelis, vadinamas iHSO, kuris reiškia iPSC gautą hepatocitų ir žvaigždžių ląstelę, supančią organoidą, buvo sukurtas siekiant atkurti dviejų pagrindinių ląstelių tipų, reguliuojančių kepenų atkūrimą: hepatocitų ir kepenų žvaigždžių ląstelių (HSC), sąveiką.
Tyrimo grupei vadovavo profesorius Sei Kakinuma iš Klinikinių ir diagnostinių laboratorinių mokslų katedros, Medicinos ir odontologijos mokslų magistrantūros mokyklos, Science Tokyo, profesorius Yasuhiro Asahina, docentas Masato Miyoshi ir magistrantas Tomohiro Mochida iš Gastrologijos, enterologijos mokslų ir hepatologijos mokslų ir hepatologijos katedros. Tokijas, Japonija, bendradarbiaujant su Juntendo universitetu. Tyrimas buvo paskelbtas internete žurnale Kamieninių ląstelių ataskaitos
„Šis tyrimas pristato naują sistemą, kuri padeda tyrėjams geriau suprasti hepatocitų ir žvaigždžių ląstelių sąveiką, dėl kurios gali atsirasti naujų įvairių kepenų ligų gydymo būdų”, – sako Kakinuma.
Sveikose kepenyse HSC lieka ramūs, kaupdami vitaminą A mažuose lipidų lašeliuose. Kai kepenys pažeidžiamos, šios ląstelės gauna signalus iš pažeistų hepatocitų – pagrindinių funkcinių kepenų ląstelių – taip pat iš imuninių ir endotelio ląstelių. Reaguodama į tai, HSC suaktyvėja ir virsta miofibroblastais, kurie gamina ECM, kad ištaisytų žalą.
HSC taip pat glaudžiai sąveikauja su hepatocitais, sudarydami dvipusio ryšio sistemą, kuri reguliuoja ir remontą, ir regeneraciją. HSC gali skatinti hepatocitų augimą, o hepatocitai gali paveikti žvaigždžių ląstelių aktyvaciją arba mirtį. Tačiau didžioji dalis šio supratimo kyla iš gyvūnų modelių, kurie nevisiškai imituoja žmogaus ląstelių elgesį.
Norėdami pašalinti šią spragą, mokslininkai sukūrė organoidą. Naudodami žmogaus sukeltas pluripotentines kamienines ląsteles (iPS ląsteles), jos sukūrė į hepatocitus panašias (iPS-Heps) ir į žvaigždes panašias (iPS-HSC) ląsteles ir kartu kultivavo jas 3D formatu, kad susidarytų sferiniai organoidai, o žvaigždžių ląstelės apgaubia hepatocitus. Nustatyta, kad jų sąveiką tarpininkauja ICAM-1, adhezijos molekulė, ir interleukinas-1β (IL-1β), citokinas, kurį gamina HSC. iHSOs iPS-HSC pasižymėjo ramiu, tačiau turtingu citokinų fenotipu ir palaikė hepatocitų proliferaciją per ICAM-1 – IL-1β ašį.
iHSO taip pat galėjo modeliuoti kepenų pažeidimą. Veikiant acetaminofenui, vaistui, kuris gali sukelti toksinį poveikį kepenims, organoidai sukūrė panašius pažeidimo modelius, kaip ir žmogaus kepenyse, įskaitant HSC aktyvavimą reaguojant į hepatocitų pažeidimą.
Lėtinėmis kepenų ligomis Jungtinėse Valstijose serga daugiau nei keturi milijonai suaugusiųjų, o Japonijoje atvejų daugėja dėl tokių veiksnių kaip alkoholio vartojimas ir medžiagų apykaitos sutrikimai. Suteikdami realią, žmonėms pagrįstą fibrozės tyrimo sistemą, iHSO galėtų padėti mokslininkams suprasti, kaip prasideda randai, ir nustatyti vaistus, kurie galėtų užkirsti kelią jo atsiradimui arba jį pakeisti.
„iHSO gali būti taikomas kepenų pažeidimo modeliams ir tikimasi, kad jis prisidės prie kepenų ligos patogenezės išaiškinimo ir naujų terapinių strategijų, skirtų kepenų fibrozei ir regeneracijai, kūrimo”, – sako Asahina.
Ilgainiui šio tyrimo išvados gali paskatinti gydymą, kuris sustabdo ar net atstato kepenų pažeidimą be transplantacijos.