Учёные создали в лаборатории реалистичные миниатюрные версии толстой кишки и внедрили в них опухоли, что позволило команде изучить колоректальный рак в новых изысканных деталях.
Эти миниатюрные кишки представляют собой так называемые органоиды, представляющие собой трёхмерные структуры, выращенные из стволовых клеток и напоминающие полноразмерные органы. В этом случае органоиды были выращены из клеток мыши и доведены до созревания в лабораторной посуде с помощью химикатов, индуцирующих рост.
В последнее время разработка органоидов становится всё более популярной — в основном потому, что эти миниатюрные структуры могут более точно имитировать уникальные тонкости органов, чем традиционные модели, выполненные из клеток. Это делает органоиды отличной платформой для изучения того, как развиваются и прогрессируют заболевания, а также для потенциального поиска новых лекарств для лечения этих заболеваний.
На данный момент учёные вырастили множество крошечных органов из клеток мыши и человека. Они варьируются от мини-мозга до крошечных копий яичек, кроме того, учёные даже проводят исследования органоидов в космосе.
В своей последней статье учёные рассказали, как создали органоиды толстой кишки, используя стволовые клетки мыши, которые, по их словам, намного сложнее, чем предыдущие модели. Это связано с тем, что новые миниатюрные кишки содержат разнообразную смесь клеток, которые тщательно расположены так, чтобы отражать истинную организацию толстой кишки.
Команда впервые разработала эту технологию в 2020 году как способ моделирования здорового кишечника. Но теперь, в новом исследовании, опубликованном в среду (24 апреля) в журнале Nature, они продемонстрировали, что можно вызвать колоректальный рак в этих органоидах, включив гены, вызывающие рак, в их тканях.
Исследователи сообщили, что в ходе экспериментов колоректальные опухоли формировались в органоидах точно так же, как это происходит у мышей. Опухоли можно было выращивать в лабораторной посуде в течение нескольких недель, что позволяло команде наблюдать, как они меняются с течением времени.
Основным преимуществом этой новой модели является то, что учёные могут изучать колоректальный рак гораздо более подробно, фокусируясь на конкретных группах клеток, рассказал Live Science Маттиас Лютольф (Matthias Lütolf), соавтор исследования и профессор биоинженерии Швейцарского федерального технологического института в Лозанне.
Поскольку новый органоид более сложный, чем предыдущие модели, учёные могут изучать не только то, какие клетки вызывают колоректальный рак, но и то, как отдельные клетки внутри этих опухолей отличаются друг от друга — явление, известное как внутриопухолевая гетерогенность. Исследования показывают, что незначительные различия в клетках внутри опухоли могут повлиять на то, как рак реагирует на лечение.
Новые миниатюрные кишки также могут быть использованы для изучения того, как условия в толстой кишке потенциально могут влиять на образование опухоли. Это включает в себя влияние рациона питания человека или специфических побочных продуктов метаболизма, или метаболитов, которые вырабатываются постоянно присутствующими в организме микробами. По словам Лютольфа, такие эксперименты могли бы лучше отражать истинное состояние организма, чем существующие модели, которые не учитывали эти факторы.
Лютольф и его коллеги также использовали миниатюрные кишки для идентификации молекул, которые могут играть важную роль в развитии рака. Это говорит о том, что эти органоиды могли бы со временем стать ценным инструментом для выявления и тестирования новых препаратов для лечения колоректального рака.
В качестве доказательства концепции команда обнаружила, что они могут блокировать развитие колоректального рака в миниатюрных кишках, подавляя фермент, называемый глутатионпероксидазой. Этот фермент обычно используется опухолями, чтобы помочь защитить их от атаки иммунной системы. Это открытие указывает на то, что ген, продуцирующий этот фермент, может быть потенциальной новой лекарственной мишенью для лечения данного заболевания.
В дальнейшем команда хочет вырастить такие миниатюрные кишки из клеток, полученных от пациентов с колоректальным раком, чтобы исследователи могли разработать эквивалентный органоид для человека. По словам Лютольфа, существуют ключевые различия между опухолями мыши и человека, поэтому этот шаг сделает работу для больных раком более актуальной.
Если эти миниатюрные кишки можно будет изготовить с использованием клеток человека, органоиды могли бы стать «чрезвычайно мощным» инструментом для быстрого тестирования различных типов лекарств против колоректального рака, добавил он. По его словам, они также могли бы помочь ответить на вопросы о роли других близлежащих клеток, таких как иммунные клетки, в развитии опухоли.
