Органоиды паращитовидной железы помогут в скрининге лекарств

Паращитовидные железы — это небольшие эндокринные органы, которые секретируют в кровь паратиреоидный гормон (ПТГ). Этот гормон важен для поддержания в организме уровня кальция — элемента, необходимого для нервной, мышечной и скелетной систем. При заболеваниях паращитовидной железы меняется синтез ПТГ и нарушается гомеостаз кальция, что приводит развитию серьезных патологий. Исследователи из Медицинского центра Университета Гронингена (Нидерландов) разработали модель паращитовидной железы in vitro. Они создали органоидную культуру из стволовых клеток паращитовидной железы (parathyroid organoids, PTO) и оценили ее потенциал для тестирования лекарств.

Для начала ученые создали саму органоидную культуру. Для этого они разделили (механически и ферментативно) материал щитовидных желез с гиперплазией, полученный от 50 пациентов после операции, на отдельные клетки и их скопления. Затем эти клетки культивировали, оценивали потенциал их самообновления и эффективность образования органоидов. Клетки действительно обновлялись, что подтверждает наличие стволовых клеток в культурах, а также продолжали секретировать ПТГ и гены-маркеры паращитовидной железы.

Далее исследователи проверили способность полученных стволовых клеток к дифференцировке. Для этого на них воздействовали по модифицированному протоколу Бингема, который в предыдущих исследованиях направлял клетки по пути дифференцировки паращитовидной железы. Спустя две недели модифицированные клетки секретировали значительно больше ПТГ.

Затем с помощью секвенирования РНК сравнили PTO и дифференцированные PTO (differentiated PTO, dPTO) с клетками щитовидной железы пациентов. Из оцениваемых 14 900 генов в клетках PTO только 25 генов были с повышенной регуляцией и 61 — с подавленной, а в dPTO — 50 и 82 генов соответственно. Два из 35 генов-маркеров щитовидной железы экспрессировались по-разному в тканях PTO и dPTO. А при анализе предполагаемых генов-маркеров стволовых клеток, отличий в PTO и dPTO по сравнению с тканью пациентов найдено не было. Таким образом, сходство полученных культур с изначальной оказалось довольно высоким, особенно в специфичных для тканей генах.

Также оценили и функциональную активность полученных PTO. Секреция ПТГ подавлялась большой концентрацией внеклеточного кальция. А значит клетки были функционально активны.

Кроме того, PTO откликались на лекарственные препараты так же, как и при лечении пациентов. Цинакальцет и кальцитриол (препараты, применяемый при гиперпаратиреозе) ожидаемо снижали продукцию ПТГ по сравнению с контрольными клетками.

И наконец, с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ) авторы показали, что культивируемые PTO были специфичны для пациента.

Это первое исследование, в котором разработана методика культивирования органоидной культуры щитовидной железы, выращенной из тканей, полученных от пациентов. Полученная культура фенотипически похожа на оригинальную ткань, функционально активна и отвечает на действие лекарств. Такая модель может быть полезна для понимания механизмов развития заболеваний и поиска новых терапевтических мишеней.