Исследователи из Технологического института Джорджии и Мичиганского университета сообщают об этом исследовании 23 октября в журнале Nature Cell Biology. Исследование, проведенное на животной модели, было поддержано Национальными институтами здоровья, Фондом Крона и колита и Центром регенеративной инженерии и медицины, управляемым Университетом Эмори, Технологическим институтом Джорджии и Университетом Джорджии.Авторы использовали инженерные гидрогели для создания трехмерной среды роста, известной как матрица, которая обеспечивает оптимальную физическую и биохимическую поддержку роста органоидов. В более ранних подходах к созданию этой среды роста, впервые разработанных соавтором исследования Джейсоном Спенсом, доцентом внутренней медицины в Мичиганском университете, использовалась естественная матрица, полученная из линии опухолевых клеток.
Использование продуктов животного происхождения представляет собой серьезную клиническую проблему из-за потенциальных зоонозных инфекций, которые могут передаваться между животными и людьми.«Использование матрицы, полученной из опухоли мышей, ограничит любое будущее применение этих органоидных технологий у людей, и эта работа открывает двери для исследований, направленных специально на клиническое применение», — отметила Асма Нусрат, соавтор исследования и Олдред Скотт Вартин.
Профессор и директор отделения экспериментальной патологии Медицинской школы Мичиганского университета.Помимо обеспечения роста органоидов внутри сконструированного гидрогеля в инкубаторе для культур тканей, исследовательская группа продемонстрировала, что гидрогель может действовать как клей, позволяя органоидам прилипать к месту и способствовать заживлению ран при трансплантации в поврежденный кишечник мыши.
Успех может указать путь к новому типу терапии, направленной на восстановление повреждений кишечника у людей и, возможно, восстановление повреждений в других органах.«Мы показали, что гидрогелевая матрица помогает кишечным органоидам человека (HIO) приживаться в ткани кишечника, что они дифференцируются и ускоряют заживление раны», — сказал Андрес Дж. Гарсиа, профессор Регентской школы механики Вудраффа Технологического института Джорджии. Инженерное дело. «Эта работа является доказательством принципа использования кишечных органоидов человека, полученных из стволовых клеток, в терапевтических целях».
Поскольку гидрогели основаны на определенных синтетических материалах, они предлагают преимущество для потенциального терапевтического использования в организме.«Полностью определенная природа этих синтетических биоинженерных гидрогелей может сделать их идеальными для использования у людей в случае, если HIOs будут использоваться для терапии в будущем», — сказал Мигель Кирос, научный сотрудник Университета Мичигана и со-ведущий автор исследования. учиться. Нусрат добавил: «В этой работе мы продемонстрировали, что гидрогели облегчают трансплантацию HIO в поврежденный кишечник, предполагая, что этот метод имеет важное значение для лечения повреждений кишечника, вызванных такими заболеваниями, как воспалительные заболевания кишечника».
Синтетическая матрица, разработанная в Технологическом институте Джорджии, может быть легко модифицирована в соответствии с потребностями размещаемых клеток. Например, аспирант Технологического института Джорджии Рикардо Круз-Акуна, соавтор статьи, экспериментировал с несколькими комбинациями, прежде чем определил, что гидрогель, состоящий на 96 процентов из воды и содержащий определенный пептид клеточной адгезии, идеально подходит для HIO.Используя крошечный колоноскоп, Кирос и Круз-Акуна доставили гидрогель вместе с органоидами в раны, которые были сделаны в кишечнике мышей с ослабленным иммунитетом.
Имплантированные клетки были помечены, чтобы их можно было обнаружить позже. Через четыре недели HIO полностью прижились в поврежденной области, образуя трехмерные структуры, напоминающие нормальную ткань.
Синтетический гидрогель исчез, его заменил естественный внеклеточный матрикс, продуцируемый самими клетками.«Поскольку наша гидрогелевая система легко модифицируется, мы можем просто изменить другие параметры, чтобы создать механические и биологические свойства, необходимые для поддержки многих типов клеток или органоидов», — сказал Гарсия, заведующий кафедрой Рэй С. и Фрэнка Х. Нили. «Специфика может отличаться для других ячеек, предназначенных для других приложений».
В качестве следующих шагов исследователи хотели бы протестировать свою гидрогелевую матрицу на животных с нормальной иммунной системой и на моделях болезней. Им также может потребоваться оптимизировать метод доставки гидрогелевого материала, содержащего HIO, чтобы заменить трудоемкие методы, используемые в исследованиях. Гарсия, Нусрат и Спенс ожидают, что испытания на крупных животных, вероятно, потребуются, прежде чем можно будет рассматривать какие-либо испытания на людях.
Помимо применения в кишечнике, исследователи также изучают использование гидрогелей для доставки органоидов в поврежденные почки и легкие.