«Печень на чипе» — новая модель воспаления при инсулинорезистентности

Печень выполняет множество жизненно важных функций, в том числе метаболических. Нарушения ее работы приводят к системным изменениям, которые могут развиться в серьезные заболевания, такие как сахарный диабет 2 типа и метаболически-ассоциированная жировая болезнь печени (МАЖБП или MASLD). Один из основных факторов, связывающих эти заболевания, — инсулинорезистентность. Авторы статьи в Nature Communications разработали модель, которая учитывает не только процессы в самих клетках печени, но и взаимодействие с сосудами — оно влияет на прогрессию заболевания, но воспроизводится далеко не во всех моделях in vitro. 

Ученые создали васкуляризованную трехмерную модель печени человека. Сначала они получили печеночные сфероиды, которые состояли из первичных гепатоцитов и клеток Купфера, эндотелиальных клеток пупочной вены человека (HUVEC), и нормальных легочных фибробластов (NHLF) — последние два типа клеток нужны были для формирования сосудистых сетей. 

После получения самих сфероидов печени авторы культивировали их в фибриновом геле, содержащем HUVEC и NHLF и помещенном в микрофлюидный чип. В течение 3-5 дней культивации HUVEC самоорганизовывались в сосудистые сети, окружавшие сфероиды. Гепатоциты в такой системе вырабатывали альбумин и мочевину, а также поддерживали активность CYP3A4 на естественном для печени уровне. 

Систему васкуляризованных сфероидов затем помещали в среду, индуцирующую инсулинорезистентность. Клиренс инсулина при этом действительно снизился, что соответствует резистентности к инсулину. 

Ученые показали, что в такой модели нарушалась выработка глюкозы гепатоцитами, которая регулируется инсулином. Анализ экспрессии с помощью количественной ПЦР выявил значительно повышенные уровни генов, участвующих в глюконеогенезе (PCK1 и G6PC), и в меньшей степени — в генах транспорта и синтеза жирных кислот (FASN и FABP1). 

Инсулинорезистентность связана в том числе с хроническим воспалением. Авторы проанализировали панель хемокинов, цитокинов и факторов роста, связанных с воспалительными процессами и патологиями сосудов, и выявили значимые отклонения в уровнях хемокинов CXCL1, CXCL2 и CCL4. Ученые также обнаружили усиленную секрецию гликопротеина ICAM-1, которая указывает на провоспалительный фенотип эндотелиальных клеток. 

Чтобы подробнее охарактеризовать воспаление и привлечение иммунных клеток в печень — эти процессы характерны для инсулинорезистентности и MASLD, — ученые ввели в микрососуды моделей CD14⁺ моноциты здоровых доноров. Через четыре дня они обнаружили, что моноциты задерживались в васкуляризованной печени, причем часть этих клеток, судя по морфологии, начала дифференцироваться и колонизировать печеночную нишу.

Анализ поверхностных маркеров выявил в таких моноцитах повышенный уровень CD163, что указывает на дифференцировку в сторону CD163⁺ тканевых макрофагов. Растворимую форму CD163 уже связывали с инсулинорезистентностью, и авторы сообщают, что одно из интересных применений созданной модели — это изучение влияния, которое оказывают рекрутированные в печень CD163⁺ макрофаги при инсулинорезистентности.

Таким образом, система из васкуляризованных печеночных сфероидов воспроизводит ключевые метаболические и иммунные особенности печени при инсулинорезистентности. Авторы разработки надеются, что эта система позволит адекватно моделировать сложные патологические процессы в печени, что, в свою очередь, послужит для разработки будущих терапий. 

Риск фиброза печени значительно повышен у людей с диабетом 2 типа и жировой болезнью печени 

После месяца в космосе у «сердец на чипе» развилась аритмия