Следующая глава в эволюции биоинженерии будет написана возможностью выращивать функциональные миниатюрные органы в лаборатории. Приложения идут далеко и широко, с безопасным тестированием лекарств, моделированием болезней, сокращением использования животных и новым пониманием биологии человека. И хотя впереди у нас еще долгий путь, в эволюции выращенных в лаборатории моделей органов уже произошли замечательные прорывы.
Одним из них являются органоиды: миниатюрные органы, выращенные из стволовых клеток внутри специализированных гидрогелей. Уже более десяти лет область органоидов развивается впечатляющими темпами, но все еще сталкивается с несколькими серьезными проблемами, одна из которых заключается в том, что в настоящее время невозможно контролировать то, как стволовые клетки превращаются в органоид .
Усиливающаяся боль
Но простое добавление стволовых клеток в гидрогель и предоставление их самим себе приводит к довольно случайному («стохастическому» — это технический термин) образованию клеточных колоний. То есть, хотя важные структурные единицы, например, кишечные крипты, присутствуют в обычных органоидах, исследователи не могут контролировать, когда, где и сколько из них образуется. Возможность контролировать эти аспекты является необходимым условием для создания моделей in vitro, которые выглядят и функционируют как настоящие органы.
Итак, можем ли мы контролировать рост и структуру органоидов? Этот вопрос лежит в основе исследования Матиаса Лютольфа и его команды в Школе наук о жизни EPFL. Его работа показала, что внешние факторы, такие как жесткость окружающей среды, могут оказывать глубокое влияние на биологию органоидов.
История жесткости
Например, в 2016 году лаборатория Лютольф опубликовала новаторскую статью , показывающую, что жесткость гидрогеля может влиять на развитие и рост органоидов на разных стадиях процесса. В 2020 году его команда опубликовала успешную разработку мини-кишечных органоидов, выращенных в микрочипах, открыв новые перспективы для моделирования сложных заболеваний человека.
«Применение контроля над формированием органоидов и результирующими структурами позволило бы нам не только понять лежащие в основе морфогенетические механизмы, но и построить миниатюрные модели органов, которые больше напоминают их аналоги из реального мира», — говорит Лютольф. «Поскольку окончательная функциональная архитектура реальных органов возникает в результате взаимодействия между клеточной самоорганизацией и внешним контролем микроокружения, мы должны учитывать и то, и другое».
