Революционная инженерная технология, описанная в новом исследовании, опубликованном сегодня в журнале Nature, значительно продвигает исследования сосудистых заболеваний, таких как диабет, определяя ключевой путь потенциального предотвращения изменений кровеносных сосудов – основной причины смерти и заболеваемости среди людей с диабетом.
Органоид – это трехмерная структура, выращенная из стволовых клеток, которая имитирует орган и может использоваться для изучения аспектов этого органа в чашке Петри.
«Возможность строить человеческие кровеносные сосуды как органоиды из стволовых клеток меняет правила игры», – сказал старший автор исследования Йозеф Пеннингер, кафедра исследований функциональной генетики Canada 150, директор Института наук о жизни при UBC и директор-основатель института. для молекулярной биотехнологии Австрийской академии наук (IMBA).
«Каждый орган в нашем теле связан с кровеносной системой.
Это потенциально может позволить исследователям раскрыть причины и методы лечения различных сосудистых заболеваний, от болезни Альцгеймера, сердечно-сосудистых заболеваний, проблем заживления ран, инсульта, рака и, конечно же, диабета."
Диабет поражает около 420 миллионов человек во всем мире. Многие симптомы диабета являются результатом изменений кровеносных сосудов, которые приводят к нарушению кровообращения и снабжения тканей кислородом.
Несмотря на его распространенность, очень мало известно о сосудистых изменениях, возникающих при диабете. Это ограничение замедлило разработку столь необходимого лечения.
Чтобы решить эту проблему, Пеннингер и его коллеги разработали новаторскую модель: трехмерные органоиды кровеносных сосудов человека, выращенные в чашке Петри. Эти так называемые «сосудистые органоиды» можно культивировать с использованием стволовых клеток в лаборатории, поразительно имитируя структуру и функцию настоящих кровеносных сосудов человека.
Когда исследователи трансплантировали органоиды кровеносных сосудов мышам, они обнаружили, что они превратились в совершенно функциональные кровеносные сосуды человека, включая артерии и капилляры. Открытие показывает, что можно не только создать органоиды кровеносных сосудов из человеческих стволовых клеток в чашке, но и вырастить функциональную сосудистую систему человека у другого вида.
«В нашей работе так воодушевляет то, что нам удалось создать настоящие человеческие кровеносные сосуды из стволовых клеток», – сказал Райнер Виммер, первый автор исследования и научный сотрудник IMBA. «Наши органоиды в значительной степени напоминают капилляры человека, даже на молекулярном уровне, и теперь мы можем использовать их для изучения заболеваний кровеносных сосудов непосредственно на тканях человека."
Одной из особенностей диабета является аномальное утолщение базальной мембраны кровеносных сосудов.
В результате доставка кислорода и питательных веществ к клеткам и тканям сильно нарушается, вызывая множество проблем со здоровьем, таких как почечная недостаточность, сердечные приступы, инсульты, слепота и заболевание периферических артерий, что приводит к ампутации.
Затем исследователи подвергли органоиды кровеносных сосудов воздействию «диабетической» среды в чашке Петри.
«Удивительно, но мы смогли наблюдать массивное расширение базальной мембраны в органоидах сосудов», – сказал Виммер. "Это типичное утолщение базальной мембраны поразительно похоже на повреждение сосудов, наблюдаемое у пациентов с диабетом."
Затем исследователи искали химические соединения, которые могут блокировать утолщение стенок кровеносных сосудов. Они обнаружили, что ни одно из текущих антидиабетических препаратов не оказало положительного воздействия на эти дефекты кровеносных сосудов. Однако они обнаружили, что ингибитор ?-секретаза, тип фермента в организме, предотвращает утолщение стенок кровеносных сосудов, предполагая, по крайней мере, на животных моделях, что блокирование ?-секретаза может быть полезна при лечении диабета.
Исследователи говорят, что результаты могут позволить им определить основные причины сосудистых заболеваний, а также потенциально разработать и протестировать новые методы лечения пациентов с диабетом.