Organoidy obličiek dokázali po transplantácii do myší tvoriť moč. Vedci by chceli vypestovať kompletnú náhradnú obličku do 5 rokov.
Ilustračný obrázok. Zdroj: iStockphotos.com. Autor: Mohammed Haneefa Nizamudeen
Obličky sú ako práčky na krv a sú také zložité, že snahy o ich pestovanie v laboratóriu z kmeňových buniek priniesli len hrubé aproximácie. Teraz však v publikácii Cell Stem Cell výskumníci odhaľujú doposiaľ najrealistickejšie faksimile (napodobeniny) obličiek, čím priblížili sen o tom, že jedného dňa budú vytvorené plnohodnotné verzie orgánov určené na transplantáciu.
Miniatúrne štruktúry vytvárajú moč
Tieto 1 milimeter široké štruktúry, známe ako organoidy, vypestované z kmeňových buniek obličiek rekapitulujú časť zložitej vnútornej organizácie obličiek a po transplantácii vytvárajú myšiam moč. Nové organoidy by mohli pomôcť vedcom študovať, ako sa obličky vyvíjajú a fungujú, skúmať ich choroby a testovať terapie.
Podľa vývojového biológa Alexa Combesa z Monash University, ktorý nebol zapojený do štúdie, je v porovnaní s predchádzajúcimi organoidmi obličiek „toto pravdepodobne to najlepšie, čo sme kedy videli, ale ešte je pred nami dlhá cesta, kým budú môcť výskumníci kultivovať nové obličky vhodné na transplantáciu“.
Pomocou ľudských kmeňových buniek vedci vypestovali tento organoid, ktorý obsahuje glomeruly (fialové), podjednotky filtrujúce krv v skutočnej obličke. Zhongwei Li
Kľúčové vlastnosti obličiek
Obličky, ktoré svojou komplexnosťou prekonáva iba mozog, obsahujú filigrán drobných kanálikov, ktoré filtrujú krv a potom zachytávajú vodu a ďalšie pre telo potrebné látky. Pomocou kmeňových buniek sa výskumníkom podarilo v laboratórnej miske vytvoriť organoidy, ktoré vyvíjajú kľúčové vlastnosti obličiek, ako sú filtračné jednotky nazývané nefróny a zberné kanáliky, ktoré pomáhajú reabsorbovať vodu a sodík.
Niektoré z týchto výtvorov môžu po implantácii do laboratórnych zvierat tvoriť aj zriedený moč. Zastavia sa však v ranom štádiu vývoja, čo obmedzuje ich užitočnosť v pozícii modelov obličiek.
Špeciálne rastové médium
Na podporu ďalšieho dozrievania biológ kmeňových buniek Zhongwei Li z University of Southern California a jeho kolegovia testovali rôzne chemické zmesi pre rastové médium kmeňových buniek. Jeden recept nakoniec priniesol štruktúry, ktoré sa pýšili komplexnejšou sieťou kanálikov ako predchádzajúce organoidy. Vedci zistili, že ich vzorce génovej aktivity sa podobali obličkám novonarodených myší. Organoidy tiež uvoľňovali niektoré rovnaké hormóny ako skutočné obličky. A po implantácii do myší sa ľahko pripojili k obehovému systému hlodavcov a začali filtrovať krv.
Podobne ako predchádzajúce organoidy však i tieto štruktúry vytvárali moč, ktorý bol zriedenejší ako normálny, pretože organoidom chýbajú štruktúry, ktoré by obličkám umožňovali koncentrovať tekutinu, hovorí Li.
Organoidy z ľudských kmeňových buniek
Výskumníci takisto vypestovali podobné organoidy z ľudských kmeňových buniek, hoci štruktúry neboli také zrelé ako ich myšie náprotivky. Aj tie sa dokázali napojiť na obehový systém živých hlodavcov a zdalo sa, že filtrujú krv, ale vedci z nich nedokázali extrahovať moč. Aby Li a jeho kolegovia otestovali, či môže tento prístup pomôcť pri modelovaní chorôb, vytvorili organoidy, ktoré nesú jeden z genetických defektov vedúcich k polycystickej chorobe obličiek, dedičnému ochoreniu, ktoré môže spôsobiť zlyhanie orgánu.
Podobne ako v prípade obličiek ľudí s touto chorobou vyklíčili z organoidov po vložení do myší viaceré cysty. Výskumníci boli po transplantácii do myší schopní pozorovať interakcie medzi cystami a imunitnými bunkami, ktoré sa vyskytujú pri ochorení, avšak ktoré sa v laboratórnej miske neprejavujú.
Odborníci hovoria o užitočnom pokroku v tejto výskumnej oblasti. „Iné organoidy sú dosť neorganizované. Tu majú organizáciu,“ vysvetlil Joseph Bonventre, nefrológ na Harvardovej univerzite, ktorý sa zaoberá poškodením a opravou obličiek.
Do piatich rokov chcú mať komplexnú náhradu obličky
Vnútorná organizácia organoidu vyrobeného novým prístupom sa však úplne nepodobá skutočnej obličke, no snaží sa správne fungovať. Podľa Liho zostáva veľkou výzvou presvedčiť organoidy, aby vyvinuli cievy, ktoré prenášajú krv do obličiek a z nich, a aby vyrástol kanál, ktorý vedie moč do močového mechúra.
Li a jeho kolegovia predpovedajú, že tieto problémy dokážu vyriešiť a do 5 rokov budú mať náhradu obličky vhodnú na transplantáciu, ktorá bude pripravená na testovanie na zvieratách.
Zdroj: Science, Cell Stem Cell
(LDS)
