Искусственно созданную миниатюрную печень человека пересадили крысам

Ежегодно сотни больных нуждаются в пересадке печени. Это дорогостоящая процедура, к тому же она обрекает реципиента на пожизненную зависимость от иммуносупрессивных средств. Выращенная из собственных клеток пациента печень стала бы решением этой проблемы. Исследователи из Питтсбургского университета с коллегами создали из фибробластов кожи миниатюрные печени, которые пересадили пяти крысам. Пересаженные органы нормально функционировали на протяжении четырех дней. Результаты эксперимента опубликованы в журнале Cell Reports.

Для создания биоинженерного трансплантата использовали технологию, которая за последние 15 лет стала обычной: фибробласты кожи человека культивировали и вводили в них с помощью лентивирусных и плазмидных векторов гены определенного набора транскрипционных факторов (факторы Яманаки). Экспрессия этих генов вызывает дедифференциацию клеток — они приобретают плюрипотентность, свойственную стволовым клеткам (индуцированные стволовые плюрипотентные клетки человека — ИСПКЧ). Затем можно направить их дифференцировку, чтобы получить клетки нужных типов, в случае печени — гепатоциты, холангиоциты (эпителиальные клетки, выстилающие желчные протоки), эндотелиальные клетки сосудов. Например, чтобы получить гепатоциты, из выращивали в среде с низким содержанием глюкозы с добавлением факторов роста гепатоцитов и эпидермальных клеток, дексаметазона, гидрокортизона, свободных жирных кислот, холестерина, желчных кислот и рифампицина.

Полное созревание печени человека продолжается целых два года с момента рождения. Для оценки готовности трансплантата ученые в предварительных экспериментах проанализировали все изменения в паттернах экспрессии генов, работе митохондрий и различия между состоянием печени плода и полностью созревшей взрослой печени человека. В ИПСК-производных человеческих гепатоцитах уже на 18-й день многие функции, например, накопление гликогена, производство мочевины, активность цитохрома Р450 (CYP3A4), были сходны с тем, что наблюдается в гепатоцитах взрослого человека. В итоге на созревание биоинженерной печени потребовалось менее месяца.

При создании трансплантата ученые использовали очищенный от клеток каркас крысиной печени, которая сохраняет структуру сосудов и желчных протоков (методика была разработана ранее теми же исследователями). В более ранних экспериментах ученые уже рецеллюляризовали подобные каркасы гепатоцитами грызунов, однако в этой работе они восстановили не только паренхиму печени, но сосудистую систему и сеть желчных протоков, используя человеческие ИСПК.

Для восстановления выстилки желчных протоков гепатобласты (клетки-предшественники разных типов клеток печени) дифференцировали в холангиоциты, а затем ввели их через биллиарную систему путем трех инфузий по 2 миллиона клеток с 15-минутными интервалами. Успешность регенерации выстилки желчных протоков трансплантата проверили через два дня, оценив экспрессию специфичных маркеров.

Для регенерации сосудистой сети использовались линии эндотелиальных клеток, вводимые через полую и воротную вены. Гистологический анализ отдельных сосудов показал покрытие эндотелиальных клеток на внутренней поверхности воротной вены на 86% и полой вены на 81%, по сравнению с данными из печени контрольных крыс. Экспрессия характерных маркеров также подтвердила успешность приживления.

Чтобы изучить приживление и функционирование биоинженерной печени, ее трансплантировали крысам из специальной линии с ослабленным иммунитетом (IL2rg-/-). Через четыре дня животных вскрыли, чтобы проверить состояние печени. Были некоторые проблемы с кровоснабжением органа, однако гистологические и биохимические исследования показали, что вживленная печень сохранила свою структуру и выполняла основные функции. Не подтверждено только восстановления работы протока между желчным пузырем и двенадцатиперстной кишкой.

«Видеть этот маленький человеческий орган внутри животного — коричневый, похожий на печень, — это действительно здорово. Эта штука, которая выглядит как печень и функционирует как печень, выросла из чьих-то клеток кожи», — делится впечатлениями старший автор работы Алехандро Сото-Гутьеррес, адъюнкт-профессор патологии в Питтсбургском университете.