Дослідники під керівництвом Майке Сандер, наукового директора Центру Макса Дельбрюка, розробили васкуляризовану органоїдну модель гормон-секретуючих клітин підшлункової залози. Досягнення, опубліковане в Developmental Cell , обіцяє поліпшити дослідження діабету і клітинну терапію.
Міжнародна група дослідників під керівництвом наукового директора Центру Макса Дельбрюка професора Майке Сандер вперше розробила органоїдну модель панкреатичних острівців, отриманих із людських плюрипотентних стовбурових клітин (SC-острівців) з інтегрованою судинною мережею. Острівці - це клітинні скупчення в підшлунковій залозі, в яких розміщуються кілька різних типів гормон-секретуючих клітин, включно з бета-клітинами, які продукують інсулін. Дослідники з лабораторії Сандера в Каліфорнійському університеті в Сан-Дієго виявили, що органели SC-острівців із кровоносними судинами містять більшу кількість зрілих бета-клітин і секретують більше інсуліну, ніж їхні неваскуляризовані аналоги. Васкуляризовані органели більш точно імітують острівцеві клітини, виявлені в організмі. Дослідження було опубліковано в «Developmental Cell».
***"Наші результати підкреслюють важливість судинної мережі в підтримці функції острівцевих клітин підшлункової залози. Ця модель наближає нас до відтворення природного середовища підшлункової залози, що є необхідним для вивчення діабету та розроблення нових методів лікування», - Професор Майке Сандер, науковий директор Центру Макса Дельбрюка.
Інженерні васкуляризовані острівці стовбурових клітин
Органели клітин острівців підшлункової залози - міні-органи, які відображають кластери клітин, що виробляють інсулін, поза організмом, - широко використовуються для вивчення діабету та інших захворювань підшлункової залози. Але бета-клітини в цих органоїдах зазвичай незрілі, що робить їх неоптимальними моделями для середовища in vivo, каже Сандер. Хоча було розроблено кілька підходів для сприяння дозріванню бета-клітин, їхні ефекти були скромними, додає вона.
Щоб краще імітувати середовище in vivo, дослідники додали людські ендотеліальні клітини, що вистилають кровоносні судини, і фібробласти, клітини, що допомагають формувати сполучну тканину, до острівцевих органоїдів, вирощених зі стовбурових клітин. Команда експериментувала з різними середовищами для культивування клітин, поки не знайшла коктейль, який спрацював. Клітини не тільки вижили, а й дозріли та виростили мережу трубчастих кровоносних судин, які охопили та проникли в SC-острівці.
«Нашим проривом стало створення рецепта», - каже Сандер. «Знадобилося п'ять років експериментів із різними умовами, в яких брала участь віддана своїй справі команда біологів і біоінженерів, що займаються стовбуровими клітинами».
Васкуляризовані острівцеві органели стовбурових клітин більш зрілі
Коли дослідники порівняли васкуляризовані органели з неваскуляризованими, вони виявили, що перші секретують більше інсуліну під час впливу високих рівнів глюкози. «Незрілі бета-клітини погано реагують на глюкозу. Це сказало нам, що васкуляризована модель містила більше зрілих клітин», - говорить Сандер.
Потім дослідники захотіли вивчити, як саме судинна мережа допомагає органоїдам дозрівати. Вони виявили два ключові механізми: ендотеліальні клітини та фібробласти допомагають будувати позаклітинний матрикс - мережу білків і вуглеводів на поверхні клітин. Формування самого матриксу є сигналом, який подає клітинам сигнал до дозрівання. По-друге, ендотеліальні клітини секретують кістковий морфогенетичний білок (BMP), який, своєю чергою, стимулює дозрівання бета-клітин.
Усвідомивши, що механічні сили також стимулюють секрецію інсуліну, команда потім інтегрувала органели в мікрофлюїдні пристрої, що дало змогу прокачувати поживне середовище безпосередньо через їхні судинні мережі. Вони виявили, що частка зрілих бета-клітин збільшилася ще більше.
«Ми виявили градієнт», - каже Сандер. «Неваскуляризовані органели мали найнезріліші клітини, більша частина дозріла з васкуляризацією і ще більше дозріла при додаванні потоку поживних речовин через кровоносні судини. Модель людських клітин панкреатичних острівців, яка точно відтворює фізіологію in vivo, відкриває нові шляхи для дослідження основних механізмів діабету», - додає вона.
На останньому етапі дослідники показали, що васкуляризовані SC-острівці також секретують більше інсуліну in vivo. Діабетичні миші, яким було пересаджено неваскуляризовані SC-острівці, показали себе гірше порівняно з мишами, яким було пересаджено васкуляризовані SC-острівцеві клітини, причому деякі миші не виявляли жодних ознак захворювання через 19 тижнів після трансплантації. Дослідження підтверджує інші дослідження, які показали, що попередня васкуляризація покращує функцію пересаджених SC-острівців.
Лучша модель для вивчення діабету 1 типу
Тепер Сандер планує використовувати васкуляризовані моделі органоїдів SC-острівців для вивчення діабету 1-го типу, що спричиняється імунними клітинами, які атакують і руйнують бета-клітини підшлункової залози, на відміну від діабету 2-го типу, за якого підшлункова залоза з часом виробляє менше інсуліну, а клітини організму стають стійкими до впливу інсуліну.
Вона та її команда в Центрі Макса Дельбрюка вирощують васкуляризовані органели з клітин пацієнтів із діабетом 1 типу. Вони переносять органели на мікрофлюїдні чипи і додають імунні клітини пацієнтів. «Ми хочемо зрозуміти, як імунні клітини руйнують бета-клітини», - пояснює Сандер. «Наш підхід забезпечує більш реалістичну модель функції острівцевих клітин і може допомогти в розробці кращих методів лікування в майбутньому».
Джерело: Центр молекулярної медицини імені Макса Дельбрюка при Асоціації Гельмгольца
