Twoje jelita mają oczywista praca: przetwarza jedzenie, które jesz. Ale ma inną ważną funkcję: chroni przed bakteriami, wirusami lub alergenami, które spożywasz wraz z tym pokarmem. „Największą częścią układu odpornościowego u ludzi jest przewód pokarmowy, a naszą największą ekspozycją na świat jest to, co wkładamy do ust”, mówi Michael Helmrath, chirurg dziecięcy w Cincinnati Children’s Hospital Medical Center, który leczy pacjentów z chorobami jelit .
Czasami system ten działa nieprawidłowo lub nie rozwija się prawidłowo, co może prowadzić do chorób żołądkowo-jelitowych, takich jak wrzodziejące zapalenie jelita grubego, choroba Leśniowskiego-Crohna i celiakia – z których wszystkie występują na całym świecie. Badanie tych warunków u zwierząt może nam powiedzieć tylko tyle, ponieważ ich dieta i układ odpornościowy bardzo różnią się od naszych.
W poszukiwaniu lepszej metody Helmrath i jego współpracownicy ogłosili w zeszłym tygodniu w czasopiśmie Biotechnologia przyrody że przeszczepili myszom maleńkie, trójwymiarowe kulki ludzkiej tkanki jelitowej. Po kilku tygodniach sfery te – znane jako organoidy – rozwinęły kluczowe cechy ludzkiego układu odpornościowego. Model można wykorzystać do naśladowania ludzkiego układu jelitowego bez konieczności eksperymentowania na chorych pacjentach.
Eksperyment jest dramatyczną kontynuacją z 2010 roku, kiedy naukowcy z Cincinnati Children’s jako pierwsi na świecie stworzyli działający organoid jelitowy – ale ich początkowy model był prostszą wersją w naczyniu laboratoryjnym. Kilka lat później, jak mówi Helmrath, zdali sobie sprawę, że „potrzebowaliśmy tego, aby bardziej przypominał ludzką tkankę”.
Naukowcy z innych krajów hodują podobne miniaturowe repliki innych narządów ludzkich – w tym mózgu, płuc i wątroby – aby lepiej zrozumieć, jak rozwijają się one normalnie i jak sprawy idą na opak, powodując choroby. Organoidy są również wykorzystywane jako ludzkie awatary do testowania leków. Ponieważ zawierają ludzkie komórki i wykazują niektóre z tych samych struktur i funkcji, co prawdziwe narządy, niektórzy badacze uważają, że są one lepszym zastępstwem niż zwierzęta laboratoryjne.
„Niezwykle ważne jest, abyśmy, próbując stworzyć te platformy do testowania skuteczności leków i skutków ubocznych leków w modelach tkanek ludzkich, upewnili się, że jesteśmy tak blisko i tak kompletni, jak tkanka, w której lek będzie działał. ostatecznie w naszym ludzkim ciele. Tak więc dodanie układu odpornościowego jest tego ważną częścią” – mówi Pradipta Ghosh, dyrektor Humanoid Center of Research Excellence na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego School, która opracowuje ludzkie organoidy do badań przesiewowych i testowania leków. Ghosh nie brał udziału w badaniu.
Aby wyhodować organoid, naukowcy rozpoczęli od indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych, które są tworzone z dojrzałych ludzkich komórek pobranych z krwi lub skóry. Mają one zdolność przekształcania się w dowolny rodzaj tkanki ciała. Karmiąc komórki macierzyste określonym koktajlem molekularnym, zespół nakłonił je do przekształcenia w komórki jelitowe. Po 28 dniach wzrostu w naczyniu komórki utworzyły kulki tkanki o średnicy zaledwie kilku milimetrów.
Zespół ostrożnie przeszczepił te kulki myszom, które zostały zmodyfikowane genetycznie w celu stłumienia ich własnego układu odpornościowego, aby tkanka organoidalna nie została odrzucona. (Naukowcy przeszczepili organoid jelitowy obok nerek każdej myszy, więc w rzeczywistości nie był on połączony z przewodem pokarmowym zwierząt). Aby stymulować organoidy do produkcji ludzkich komórek odpornościowych, wcześniej podali myszom ludzką krew pępowinową – źródło komórek macierzystych, które mogłyby przekształcić się w pożądane komórki.
