Учёные вырастили иннервированные ткани кишечника

Ткани кишечника в чашке Петри.
Ткани кишечника в чашке Петри.

Учёные Медицинского центра детской больницы Цинциннати (Cincinnati Children’s Hospital Medical Center) вырастили ткани кишечника с действующими нервами и благополучно имплантировали их лабораторным животным. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Medicine.

Исследователи воссоздали человеческие ткани с помощью плюрипотентных стволовых клеток — незрелых недифференцированных клеток, которые могут превращаться в клетки любых органов. «Однажды эта технология позволит нам вырастить часть здорового кишечника для пересадки пациенту, но то, что мы уже сейчас можем использовать её в ходе экспериментов и для ответов на множество вопросов, принесёт здоровью людей большую пользу», — говорит один из авторов работы Майкл Хелмрат (Michael Helmrath).

Благодаря новым методам, учёные смогут изучать расстройства кишечника на примере функциональной ткани и проверять действие лекарств на искусственном органе до того, как начнут клинические исследования на людях. «Многие пероральные лекарственные средства вызывают диарею и колики и нарушают перистальтику кишечника, — объясняет один из руководителей исследования, профессор Джим Уэллс (Jim Wells). — Первоочередная цель этой технологии, которая поможет огромному числу людей — первый этап скрининга новых лекарств, который позволит выявить нецелевую токсичность и предотвратить побочные реакции кишечника».

В 2010 году Уэллс и его научная группа вырастили в лаборатории первое поколение трёхмерных тканей кишечника и опубликовали результаты в журнале Nature. В этот раз учёные использовали похожие методы. Они поместили плюрипотентные стволовые клетки человека в чашку Петри, где под влиянием специального раствора те начали формировать ткань кишечника. Шесть лет назад учёные коллеги получили ткань без нервной системы — а между тем, именно она отвечает за продвижение по пищеварительному тракту и усвоение питательных веществ. Если нервы не работают как следует, мышцы кишечника не могут нормально сокращаться. В результате возникают боли, диарея, запоры, и в особо тяжёлых случаях — функциональная блокада, которая требует хирургического вмешательства.

Чтобы создать нервную систему, учёные поместили в другую чашку Петри клетки нервного гребня, которые сформировали предшественники нервов. Самой сложной задачей было определить, как и когда включить клетки нервного гребня в развивающийся кишечник. «Мы опробовали несколько разных подходов, большинство из которых основывались на гипотезе о том, что если в чашке Петри смешать правильные клетки в нужное время, они разберутся, что делать дальше. Это была авантюра, но она сработала», — говорит Уэллс. Удачная смесь заставила предшественники нервных клеток и ткани срастись — примерно так же, как это происходит в кишечнике эмбриона.

Чтобы проверить, насколько успешно новые ткани будут расти и функционировать, их пересадили лабораторной мыши. Эксперименты показали, что новый кишечник действительно работает и более того — его строение сильно напоминает человеческий. Ткани активно росли, усваивали питательные вещества и демонстрировали перистальтику — волнообразное сокращение мышц, которое продвигает пищу в желудочно-кишечном тракте. С помощью своего нового детища научная группа изучила развитие редкой формы болезни Гиршпрунга — аномалии, при которой в кишечнике не формируется нервная система, а переработанная пища накапливается. Известно, что тяжёлая форма заболевания вызвана мутацией в гене PHOX2B. Тесты в чашке Петри и на мышах показали, что мутации этого участка генома вызывают вредные изменения иннервированных тканей.

Исследователи считают, что искусственно выращенный кишечник откроет перед учёными новые возможности. Он позволит изучать здоровое питание, сахарный диабет, сложные заболевания ЖКТ, а также изменения биохимии, вызванные шунтированием желудка.