Учени, работещи върху биодизайна на човешката стомашно-чревна система в лаборатория, сега съобщават за използването на плюрипотентни стволови клетки за отглеждане на човешки езофагеални органоиди.

Публикувано в списание ‘Cell Stem Cell’, изследването е последният напредък на изследователите от Детския болничен център за стволови клетки и медицински органоиди в Синсинати (CuSTOM), САЩ.

лабораторията

Центърът разработва нови начини за изследване на вродени дефекти и заболявания, които засягат милиони хора със стомашно-чревни разстройства, като стомашен рефлукс, рак и др. Работата води до нови персонализирани диагностични методи и е фокусирана отчасти върху разработването на тъканни регенеративни терапии за лечение или лечение на стомашно-чревни (GI) нарушения.

В наскоро публикувани изследвания учените са успели да разработят човешка езофагеална тъкан изцяло от плюрипотентни стволови клетки (PSC), които могат да образуват всякакъв вид тъкан в тялото, според авторите. Учени от детската болница в Синсинати и техните многоинституционални сътрудници вече са използвали PSC за биоинженерство на човешкото черво, стомаха, дебелото черво и черния дроб.

„Нарушенията на хранопровода и трахеята са толкова разпространени при хората, че органоидните модели на човешкия хранопровод могат да бъдат много полезни“, казва главният изследовател на изследването Джим Уелс, научен директор на CuSTOM. Освен че са нов модел за изследване на вродени дефекти като атрезия на хранопровода, органоидите могат да се използват за изследване на заболявания като еозинофилен езофагит и метаплазия на Барет, или за биоинженерно генетично съвместима езофагеална тъкан за отделни пациенти. ".

Проучването включва сътрудничеството на изследователи в отделите по биология на развитието, онкология, алергия и имунология и ендокринология в Детската болница в Синсинати и Институтите на Гладстон в Сан Франциско. Това включва първия автор на изследването Стивън Трисно, аспирант и член на лабораторията на Уелс.

Хранителният канал

Езофагусът е мускулна тръба, която активно предава храната от устата към стомаха. Органът може да бъде засегнат от вродени заболявания, като атрезия на хранопровода, стесняване или малформация на хранопровода, причинени от генетични мутации. Освен това има няколко болести, които могат да засегнат хората по-късно в живота. Някои включват рак на хранопровода, гастроезофагеална рефлуксна болест (ГЕРБ) или рядко състояние, наречено ахалазия, заболяване, което засяга мускулите на долната част на хранопровода и пречи на органа да се свие и да предаде храна.

Всички разстройства се нуждаят от по-добро лечение, казват изследователите. Това изисква по-точно разбиране на генетичните и биохимичните механизми, които стоят зад неговата кауза, необходимост, която се допълва от способността да се генерират и изследват стабилни, функционални и генетично съвместими модели на човешка езофагеална тъкан, която може да расте от клетките на човешкия хранопровод човек.

Проследяване на природната пътека

Учените основават новия си метод за използване на човешки PSC на общи органоиди на хранопровода на стъпка по стъпка, навреме и прецизни манипулации на генетични и биохимични сигнали, които моделират и създават ембрионална ендодерма и тъкани на предното черво.

Те се фокусираха отчасти върху гена Sox2 и свързания с него протеин, за който вече е известно, че предизвиква заболяване на хранопровода, когато функцията му е нарушена. Учените са използвали мишки, жаби и човешки тъканни култури, за да идентифицират други гени и молекулярни пътища, регулирани от Sox2 по време на формирането на хранопровода.

Учените съобщават, че по време на критичните етапи на ембрионалното развитие генът Sox2 блокира програмирането и действието на генетичните пътища, които насочват клетките към дишане, а не към хранопровода. По-специално, протеинът Sox2 инхибира сигнализирането на молекула, наречена Wnt, и насърчава образуването и оцеляването на тъканите на хранопровода.

В друг тест, който помага да се потвърди значението на експресията на Sox2 за формирането на хранопровода, учените са изследвали пълната загуба на Sox2 по време на процеса на развитие при мишки. Липсата на Sox2 доведе до агенезия на хранопровода, състояние, при което хранопроводът завършва в торбичка и не се свързва със стомаха.

След успешното генериране на напълно оформени човешки езофагеални органоиди, които нарастват до дължина приблизително 300-800 микрона за приблизително два месеца, биоинженерните тъкани са биохимично сравнени с тъканите на хранопровода от биопсии на пациенти. Тези тестове показват, че генетично модифицираните и биопсирани тъкани са поразително сходни по състав, според авторите.

Изследователският екип продължава проучванията си върху процеса на биоинженеринг за създаване на органоиди на хранопровода и идентифициране на бъдещи проекти за подобряване на евентуалния терапевтичен потенциал на технологията, според Уелс. Това включва използването на органоидите за изследване на прогресията на специфични патологии и вродени дефекти, които засягат хранопровода.