Органоид поджелудочной железы плода прожил в лаборатории три года

Ученые из Швейцарии и Нидерландов создали органоид, который имитирует поджелудочную железу плода человека. Они доработали метод культивирования, который ранее применяли для выращивания органоидов поджелудочной железы взрослого человека. Таким способом было получено 18 линий органоидов из клеток человеческого плода на сроках от 8 до 17 недель развития. Особое значение имеют органоиды, полученные из клеток 15-16-недельного плода, поскольку они способны генерировать три основные линии клеток поджелудочной железы: ацинарные, протоковые и эндокринные. Эти органоиды стабильно росли более двух лет в лабораторных условиях.

Поджелудочная железа выполняет две ключевые функции: переваривание пищи и регуляция уровня сахара в крови. Для этого она использует разные типы клеток. Ацинарные клетки выделяют ферменты для расщепления пищи, протоковые клетки образуют каналы для доставки ферментов в кишечник, а эндокринные клетки производят гормоны, такие как инсулин. Ранее большинство органоидов, используемых для изучения поджелудочной железы, включали только один тип клеток, что ограничивало понимание функционирования органа в целом. Новый органоид преодолевает эти ограничения, объединяя все три типа клеток и имитируя их взаимодействие.

Ключевым открытием стало выявление редких стволовых клеток, экспрессирующих LGR5 (маркер стволовых клеток), которые оказались трипотентными и давали начало любому из трех клеточных типов поджелудочной железы. Эти клетки обнаружили с помощью секвенирования РНК единичных клеток (scRNA-seq). Органоиды, полученные из LGR5⁺ клеток, демонстрировали способность к длительному росту и дифференцировке.

Для подтверждения способности LGR5⁺ клеток генерировать функциональные клетки поджелудочной железы исследователи использовали специальные среды. Среда hfPO-AC стимулировала их дифференцировку в ацинарные клетки, что подтверждалось увеличением количества клеток, экспрессирующих ацинарные маркеры CPA1 и PTF1A, наличием секреторных везикул, присутствующих в зрелых клеткак, и активностью пищеварительных ферментов. Среда hfPO-EC, адаптированная для дифференцировки β-клеток, увеличивала количество эндокринных клеток, производящих гормоны (инсулин, глюкагон, соматостатин, грелин и панкреатический полипептид). Электронная микроскопия подтвердила наличие везикул, характерных для эндокринных клеток.

Сравнительный анализ транскриптомов органоидов и тканей поджелудочной железы плода показал их значительное сходство, особенно с образцами 14–16 недель беременности. Иммуногистохимические исследования подтвердили структурное и функциональное соответствие органоидов тканям поджелудочной железы.

Это исследование подчеркивает важность изучения человеческой биологии, поскольку белок LGR5, играющий ключевую роль в маркировке стволовых клеток, экспрессируется в тканях человека, но отсутствует, например, у мышей. Кроме того, стволовые клетки поджелудочной железы плода человека сохраняют свою трипотентность дольше, чем аналогичные клетки у мышей.

Работа открывает новые перспективы для клеточной терапии и регенеративной медицины, а также скрининга лекарственных препаратов. Однако авторы подчеркивают необходимость дальнейшей оптимизации протоколов дифференцировки и изучения этических аспектов использования тканей плода человека.

Биологи ускорили созревание астроцитов в органоиде