Prelomový výskum, publikovaný v časopise Cell, predstavuje prvý prípad, keď vedci vytvorili pľúcne organoidy s integrovanými cievnymi systémami, ktoré verne napodobňujú vývoj pľúc v ľudskom tele.
Tento pokrok otvára dvere k potenciálnemu pestovaniu ďalších modelov vaskularizovaných orgánov, vrátane čriev a hrubého čreva, čím poskytuje bezprecedentné nástroje na štúdium chorôb, testovanie liekov a vývoj personalizovanej liečby.
Čítajte viac Najbežnejší liek proti bolesti, ktorý má doma každý Slovák, môže zmeniť vaše správanie. Vedci hovoria o nečakaných rizikách
„Najskoršie štádiá ľudského vývoja sú stále z veľkej časti čiernou skrinkou,“ povedala hlavná autorka Mingxia Gu, členka Centra regeneratívnej medicíny a výskumu kmeňových buniek Eli a Edythe Broadovej na UCLA. „Táto nová metóda vaskularizácie pľúcnych organoidov nám pomáha odhaliť časť tejto čiernej skrinky tým, že lepšie napodobňuje prirodzený vývoj orgánov,“ vysvetlila.
Výskumný tím, ktorý zahŕňa odborníkov z Detského nemocničného centra v Cincinnati, už pokročilý model organoidov využil na odhalenie nových poznatkov o zriedkavej a smrteľnej vrodenej pľúcnej poruche, ktorá postihuje novorodencov.
Mingxia Gu začala tento výskum na začiatku pandémie covid-19, keď sa výskum pľúc rýchlo rozvíjal a dostával nezvyčajnú pozornosť.
Využívajúc svoje skúsenosti s pľúcnou hypertenziou a cievnymi systémami si všimla zásadný nedostatok v tradičných modeloch pľúcnych organoidov – chýbali im krvné cievy, ktoré sú pre funkciu pľúc nevyhnutné.
Čítajte viac Obľúbená raňajková pochúťka Slovákov zvyšuje riziko rakoviny či cukrovky – a stačí už malé množstvo denne
Na vyriešenie tohto problému tím najprv skúšal tradičný prístup – pestovanie jednotlivých častí orgánu oddelene, pričom sledovali rôzne typy buniek pomocou fluorescenčných značkovačov a následne ich kombinovali. Červené bunky mali vytvoriť cievy, zelené bunky pľúcne tkanivo.
„Očakávali sme červené cievne siete a zelený epitel,“ vysvetlila Gu. „Ale v skutočnosti sme našli červené cievne siete aj červený epitel – čo znamenalo, že sa obe bunkové línie vyvíjali prekvapivo súčasne z toho istého východiskového materiálu,“ objasnila.
Tento neočakávaný objav viedol tím k opusteniu doterajšieho prístupu a vývoju novej stratégie, ktorá lepšie napodobňuje skutočný vývoj pľúc v ľudskom tele.
Keď nechali pľúcne tkanivo a cievy rásť spolu od začiatku, výsledné mini-orgány vykazovali väčšiu rozmanitosť buniek, lepšiu trojrozmernú štruktúru, vyššiu prežiteľnosť buniek a zrelší vývoj v porovnaní s predchádzajúcimi modelmi.
Tím okamžite nasadil vylepšené modely mini-pľúc na štúdium vrodenej poruchy s názvom alveolárna kapilárna dysplázia s chybným zarovnaním pľúcnych žíl. Toto devastujúce ochorenie, ktoré sa prejavuje ťažkými dýchacími problémami, je spôsobené mutáciami v géne FOXF1 a v súčasnosti nemá liečbu. Predchádzajúce pokusy o výskum tohto ochorenia zlyhali, pretože chybný gén postihuje predovšetkým krvné cievy a podporné bunky – komponenty, ktoré chýbajú v tradičných organoidových modeloch.
Čítajte viac Nóri odhalili prevratnú metódu, ktorá zmierňuje bolesť chrbta. Zistite, ako vám táto stratégia môže výrazne uľaviť
Pomocou novej metódy vedci dokázali získať kmeňové bunky pacientov s mutáciami FOXF1 a vypestovať vaskularizované pľúcne organoidy, ktoré napodobnili nielen primárne chyby v cievach, ale aj sekundárne abnormality v pľúcnom tkanive.
„Chceli sme ukázať, ako tento nový organoidový systém poskytuje výskumníkom silný nástroj na pochopenie toho, ako sa cievy špecializujú pre rôzne orgány a ako jednotlivé typy buniek medzi sebou komunikujú počas vývoja aj pri chorobách,“ povedala Gu. „Tieto vaskularizované pľúcne organoidy možno použiť na štúdium akéhokoľvek pľúcneho cievneho ochorenia.“
Aj keď majú tieto pľúcne organoidy zabudované krvné cievy, v súčasnosti sa podobajú pľúcam v plodovom štádiu vývoja. Aby boli užitočnejšie pre medicínsky výskum, tím plánuje zaviesť mechanické naťahovanie a vystavenie vzduchu – čím napodobnia fyzikálne sily dýchania – a vytvoria tak štruktúru typickú pre zrelé ľudské pľúca.
Tím má tiež ambíciu rozšíriť výrobu a vytvoriť veľké dávky týchto pokročilých organoidov pre vývoj a testovanie liekov.
„V podstate otvárame okno do bunkovej komunikácie počas skorých štádií ľudského vývoja, v oblasti, kde naše poznatky boli doteraz obmedzené. Vedci teraz môžu efektívnejšie využívať ľudské tkanivové modely na štúdium chorôb a zároveň znižovať závislosť od zvieracích modelov pri vývoji nových liekov,“ uzavrela Gu.
