Для органоидов почек этот недостаток не позволяет исследователям имитировать ключевые функции почек in vitro, включая фильтрацию крови, реабсорбцию и выработку мочи. Создание прочно васкуляризированных органоидов почек может позволить лучше моделировать заболевания почек, улучшить тестирование на токсичность почечных лекарств и, в конечном итоге, привести к созданию новых строительных блоков для заместительной почечной терапии.
Теперь исследовательская группа из Института биологической инженерии Висса, Гарвардской школы инженерии и прикладных наук Полсона (SEAS), Бригама и женской больницы и Гарвардского института стволовых клеток во главе с Дженнифер Льюис и Рюдзи Моризейном разработала новый мощный инструмент. подход в рамках новой инициативы Института в области трехмерной органной инженерии.
Подвергая органоиды, полученные из стволовых клеток, воздействию жидкостного напряжения сдвига, они смогли значительно расширить сосудистые сети, полученные из органоидов, и улучшить созревание почечных компартментов по сравнению с предыдущими методами статического культивирования. Работа опубликована в Nature Methods.
В 2015 году Рюдзи Моризан и Джозеф Бонвентре разработали метод, который позволил им получить трехмерные органоиды почек из плюрипотентных стволовых клеток человека. «Хотя наши органоиды и органоиды, полученные в других лабораториях, содержали большое количество хорошо организованных нефронов и примитивных кровеносных сосудов, им по-прежнему не хватало всепроникающих сосудистых компартментов с перфузируемыми просветами», – сказал соавтор-корреспондент Моризейн, М.D., Ph.D., Доцент Бригама и женской больницы и Гарвардской медицинской школы (HMS), а также сотрудник Гарвардского института стволовых клеток.
Совсем недавно исследователи во всем мире создали созревшие органоиды почек, имплантировав их животным, где они могут подключиться к сосудистой сети хозяина in vivo. «Наше исследование впервые демонстрирует, что, подвергая растущие органоиды воздействию потока жидкости, механического сигнала, который, как известно, играет важную роль для развития тканей в организме, мы можем значительно улучшить их васкуляризацию и созревание in vitro», – сказал Моризейн.
Для достижения этой цели команда использовала опыт лаборатории Льюиса, которая впервые разработала стратегии создания васкуляризированных тканей человека, включая трехмерные модели почки на чипе, с использованием трехмерной биопечати, которую можно перфузировать и поддерживать в течение длительного времени. Основываясь на этих результатах, они предположили, что поток жидкости также может способствовать образованию кровеносных сосудов из эндотелиальных клеток-предшественников, обнаруженных в растущих органоидах почек.
«Мы определили правильную комбинацию лежащего в основе внеклеточного матрикса, добавок среды и напряжения сдвига жидкости, при которой органоиды, полученные из стволовых клеток человека, будут процветать при выращивании в наших миллифлюидных чипах, напечатанных на 3D-принтере», – сказала Кимберли Хоман, доктор философии.D., кто с Навином Гуптой, М.D., является первым автором исследования.
Гупта добавил, что «сосудистые сети формируются рядом с эпителиальными структурами, которые формируют клубочковые и канальцевые компартменты, и, в свою очередь, способствуют созреванию эпителия. Этот интегрированный процесс действительно работает как улица с двусторонним движением."Хоман – научный сотрудник группы Льюиса в Институте Висса и SEAS, а Гупта – научный сотрудник по клиническим исследованиям, работающий в команде Моризейна в Бригаме.
Сосуды, растущие на микросхемах, напечатанных на 3D-принтере, образуют взаимосвязанную сеть с открытыми просветами, которые можно перфузировать жидкостями, что подтверждается прямым отображением флуоресцентных шариков, свободно движущихся через них. «Мы были взволнованы, увидев, что эти васкуляризированные клубочковые и трубчатые структуры развиваются через те же стадии, которые нефроны испытывают во время нормального развития почек in vivo», – сказал Хоман.
«Это важное достижение открывает новые возможности для точного тестирования токсичности лекарств in vitro в дифференцированных отделах нефронов и моделирования заболеваний почек, таких как поликистоз почек, которые влияют на определенные структуры и типы клеток, используя стволовые клетки, полученные от пациентов, в качестве отправной точки», – сказал соавтор. -соответствующий автор Lewis, Sc.D., который является основным преподавателем Института Висса и соруководителем его инициативы 3D Organ Engineering Initiative. "Наш метод может проложить путь к васкуляризации других типов органоидов, таких как органоиды печени."Льюис также является профессором Hansjorg Wyss по биологической инженерии в SEAS и членом Гарвардского института стволовых клеток.
"Это исследование является прекрасным примером важности механобиологии и потенциальной силы инициативы 3D Organ Engineering, разработанной Институтом Висс. Это важный краеугольный камень для многих усилий, направленных на создание функциональных тканей человека de novo для исследований, фармацевтики и регенерации тканей », – сказал директор-основатель Wyss Institute Дональд Ингбер, штат Массачусетс.D., Ph.D., который также является профессором биологии сосудов в HMS и Программой сосудистой биологии в Бостонской детской больнице Джуды Фолкман, а также профессором биоинженерии в SEAS.
Другими авторами исследования являются Джозеф Бонвентр, М.D., Ph.D., Самуэль А. Левин, профессор медицины в HMS, руководитель отделения почечной медицины в Бригаме и член Гарвардского института стволовых клеток; бывшие и настоящие члены команды Льюиса, в том числе Катарина Кролл, Марк Скайлар-Скотт, доктор философии.D., Давид Колески, Ph.D., Дональд Мау и Томас Ферранте; Томоя Миёси из команды Моризане; И м. Тодд Валериус, Ph.D., Главный следователь Бригама.
Исследование финансировалось Национальным институтом здравоохранения, Гарвардским институтом биологической инженерии Висса и Гарвардским институтом стволовых клеток.