Przełomowe unaczynione organoidy trzustki: Nowe narzędzie w walce z cukrzycą

Zespół naukowców pod kierownictwem prof. Maike Sander z Max Delbrück Center opracował pierwsze unaczynione organoidy wysp trzustkowych z ludzkich komórek macierzystych. Te trójwymiarowe, zminiaturyzowane modele trzustki, które zawierają naczynia krwionośne oraz dojrzałe komórki beta wydzielające insulinę, stanowią kamień milowy w badaniach nad cukrzycą i terapiami regeneracyjnymi.

Nowy model wysp trzustkowych

Opublikowane w prestiżowym czasopiśmie „Developmental Cell” wyniki badań wskazują, że udało się po raz pierwszy stworzyć w warunkach laboratoryjnych organoidy wysp trzustkowych z ludzkich pluripotencjalnych komórek macierzystych, które zawierają funkcjonalne naczynia krwionośne. Wyspy Langerhansa, bo o nich mowa, to skupiska komórek endokrynnych w trzustce, wśród których kluczową rolę odgrywają komórki beta odpowiedzialne za produkcję insuliny.

Zespół Sander, pracujący również na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego, porównał organoidy z i bez naczyń krwionośnych. Wykazano, że unaczynione struktury zawierały więcej dojrzałych komórek beta i wydzielały znacznie więcej insuliny w odpowiedzi na bodziec glukozowy. Co więcej, takie organoidy lepiej odzwierciedlały fizjologię trzustki in vivo.

Rola naczyń krwionośnych w dojrzewaniu komórek

Aby umożliwić powstanie unaczynienia, naukowcy dodali do hodowli ludzkie komórki śródbłonka (endothelial cells), które naturalnie wyściełają naczynia krwionośne, oraz fibroblasty, komórki budujące tkankę łączną. Po latach eksperymentów z różnymi kompozycjami pożywek hodowlanych udało się stworzyć warunki, w których komórki te nie tylko przeżywały, ale również formowały sieć naczyń oplatającą i penetrującą organoidy.

„Opracowanie tej receptury zajęło nam pięć lat. Było to wyzwanie inżynierskie i biologiczne jednocześnie” – mówi prof. Sander.

Badania wykazały, że dojrzewanie komórek beta zachodziło pod wpływem dwóch kluczowych mechanizmów. Po pierwsze, komórki śródbłonka i fibroblasty wspierały tworzenie macierzy zewnątrzkomórkowej – struktury złożonej z białek i węglowodanów, która reguluje dojrzewanie komórek. Po drugie, komórki śródbłonka wydzielały białko morfogenetyczne kości (BMP), silnie stymulujące dojrzewanie komórek beta.

Mikroprzepływy i dodatkowa stymulacja

Zespół zastosował również technologię mikroprzepływową, integrując organoidy z chipami, przez które przepompowywano pożywkę przez sieć naczyń. Symulacja przepływu krwi pozwoliła dodatkowo zwiększyć liczbę dojrzałych komórek beta i efektywność wydzielania insuliny.

„Zauważyliśmy wyraźną zależność: im bardziej organoid przypominał rzeczywiste warunki biologiczne, tym lepiej funkcjonowały komórki beta” – podkreśla Sander.

Testy na modelu zwierzęcym i dalsze kierunki badań

Unaczynione organoidy przeszły również testy in vivo. Po przeszczepieniu ich myszom z cukrzycą wykazano, że zwierzęta, które otrzymały te organoidy, miały lepsze wyniki glikemiczne niż grupa kontrolna. U niektórych osobników choroba praktycznie ustąpiła po 19 tygodniach od przeszczepienia.

Następnym krokiem zespołu Sander będzie zastosowanie unaczynionych organoidów do badań nad patofizjologią cukrzycy typu 1, choroby autoimmunologicznej, w której komórki odpornościowe niszczą komórki beta. Badacze hodują organoidy z komórek osób chorych na cukrzycę typu 1, które następnie eksponują na ich własne komórki odpornościowe w warunkach mikroprzepływowych.

„Chcemy zrozumieć, jak dokładnie komórki odpornościowe niszczą komórki beta i w jaki sposób można temu przeciwdziałać. Nasz model daje unikalną szansę, by analizować ten proces w warunkach bardzo zbliżonych do fizjologicznych” – tłumaczy Sander.

Nowa era badań nad cukrzycą

Opracowanie unaczynionych organoidów wysp trzustkowych stanowi istotny krok w kierunku stworzenia realistycznych modeli komórkowych do badań nad cukrzycą typu 1 i typu 2. Otwiera to również nowe możliwości w zakresie terapii komórkowej i inżynierii tkankowej, które w przyszłości mogą doprowadzić do skuteczniejszych i bardziej spersonalizowanych metod leczenia.

Źródło: Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft