Лаборатория в Калифорнийском университете в Ирвине использует инструменты, часто используемые при изготовлении крошечной электроники, для создания миниатюрных выращенных в лаборатории органов, которые имитируют свои реальные аналоги.
«Большую часть времени, когда мы изучаем клетки, мы изучаем их в чашке Петри, — говорит основатель лаборатории инженер-химик Куинтон Смит. — Но это не их родная форма. Подталкивание клеток к сборке в эти трехмерные структуры, называемые органоидами, может дать исследователям новый способ изучения болезней и тестирования потенциальных методов лечения.»
Объединив технологии Кремниевой долины и биологию стволовых клеток, ученые теперь «создают ткани, которые выглядят, реагируют и функционируют как ткани человека, — говорит Смит. — Прежде такого никогда не делалось.»
Работа Смита началась в двухмерных измерениях во время учебы в бакалавриате. Его проект был направлен на разработку устройства, которое могло бы контролировать поток кислорода и жидкости внутри крохотных камер на кремниевых пластинах с целью имитации среды, в которой формируются кровеносные сосуды. Именно тогда Смит проявил почтение к индуцированным человеком плюрипотентным стволовым клеткам.
Эти стволовые клетки формируются из клеток организма, которые перепрограммированы на раннюю эмбриональную стадию, которая может дать начало любому типу клеток. «Мне просто поразило, что эти клетки можно превратить во что угодно», — говорит Смит.
Во время защиты докторской диссертации, Куинтон Смит исследовал, как физические и химические сигналы могут подтолкнуть эти стволовые клетки к превращению в кровеносные сосуды. Используя технику, называемую микроструктурированием, когда исследователи наносят белки на предметные стекла, чтобы помочь клеткам прикрепиться, он стимулировал клетки к организации в зачатки искусственных кровеносных сосудов. В зависимости от рисунка клетки образовывали двумерные звезды, круги или треугольники, показывая, как клетки собираются вместе, образуя такие трубчатые структуры.
Позже он перешел на 3-D, сосредоточив внимание на органоидах печени.
«Подобно разветвляющимся кровеносным сосудам, сеть желчных протоков переносит желчные кислоты по всей печени. Эта жидкость помогает организму переваривать и усваивать жир. Но искусственная ткань печени не всегда воссоздает протоки, которые разветвляются так, как в организме. Клетки, растущие в лаборатории, «нуждаются в небольшой помощи»», — говорит Смит.
Чтобы решить эту проблему, Смит и его команда наполняют твердым гелем крошечные иглы для акупунктуры, чтобы создать каналы. После того, как гель затвердевает, исследователи высевают внутрь стволовые клетки и обрабатывают их химическими веществами, чтобы подтолкнуть их сформировать протоки.
Лаборатория Смита теперь использует 3D-печать, чтобы обеспечить правильную организацию тканей печени, выращенных в лаборатории, включая кровеносные сосуды и желчные протоки. По словам Смита, такие инженерные методы могут помочь исследователям изучить и определить основные причины некоторых заболеваний печени, таких как жировая болезнь печени. Сравнение органоидов, выращенных из клеток здоровых людей, с органоидами, выращенными из клеток пациентов с заболеваниями печени, может указать на механизм.
Но Смит не ограничивается печенью. Он и его ученики расширяются, чтобы исследовать другие ткани и заболевания.
