Что такое органоиды и как они меняют фундаментальную медицину

Для фундаментальных исследований в медицине существует 2 инструмента: клеточные культуры in vitro и животные модели. Оба подхода имеют ряд ограничений. Клетки, взятые из организма человека и выращенные в чашках Петри, ведут себя иначе, чем клетки в настоящих органах. Животные модели также не отражают всю сложность человеческого организма.

По-настоящему новым словом в фундаментальной медицине стало создание органоидов – трехмерных миниатюрных клеточных структур-аналогов органов человека. Органоиды выращиваются из нескольких клеток, забранных при помощи биопсии. Эти структуры вполне отражают сложность органов человека и происходящее в них клеточное взаимодействие.

У нас появилась модель, наиболее близкая к реальности. Это позволяет с большей точностью изучать различные заболевания

- говорит Мириам Грунвальд, глава нового Центра органоидов в Институте трансляционной медицины «Хадассы».

Д-р Лирон Биримберг-Шварц, медицинский директор данного центра и д-р Алекс Гилелeс-Хилель детский пульмонолог, совместно с д-ром Грунвальд описали, как использование органоидов может повысить эффективность таргетной терапии.

Мутация, приводящая к кистозному фиброзу (муковисцидозу) была открыта еще в 80-х. Генетическое нарушение вызывает дисфункцию белка, что приводит к накоплению густой слизи и, как следствие, трудностям с дыханием и легочным инфекциям. Имеющиеся на рынке препараты помогают далеко не всем. 

Д-р Биримберг-Шварц вспоминает одного пациента в тяжелом состоянии, которому не помогал ни один известный препарат. При помощи органоидов она с коллегами протестировала разные комбинации препаратов и нашла ту, которая восстановила нарушенную функцию белка.

Именно тогда я поняла, насколько это важные исследования и как они могут помочь пациентам

- говорит она. 

По словам д-ра Гилелеса-Хилеля, органоиды – это универсальная модель для изучения болезней легких. Вместе с коллегами он изучает нарушения движений ресничек эпителия дыхательных путей. При муковисцидозе реснички перестают очищать легкие и дыхательные пути от скопившейся слизи и вредных веществ.

На органоидах можно пронаблюдать, как двигаются реснички в дыхательных путях пациента. И затем – выяснить, что заставляет их двигаться более эффективно

- говорит д-р Гилелес.

Впервые жизнеспособные взрослые стволовые клетки в кишечном тракте обнаружил д-р Ханс Клеверс из Института Хюбрехта. Он использовал их, чтобы создать первый органоид. Удивительно не только то, что из одной взрослой стволовой клетки удалось создать полностью развитый миниатюрный орган, но и то, что можно создавать неограниченное число органоидов. Более того, они начинают активно развиваться за 1-2 дня.

Ученые могут получить достаточное для исследования количество клеток в течение месяца-двух

- говорит д-р Биримберг-Шварц

Сейчас группа д-ра Грунвальд работает над банком органоидов, которые будут дублировать различные органы и разный генетический бэкграунд. Цель – показать как можно больше заболеваний. Каждый органоид замораживается и затем, при необходимости, может быть разморожен и использован для исследований. 

По словам д-ра Биримберг-Шварц, с помощью органоидов можно протестировать до 120 препаратов и их комбинаций одновременно.

Ученые предполагают, что через несколько лет органоиды смогут использовать не только для получения данных, но и для лечения настоящих органов. Например, органоид кишечника с большим количеством стволовых клеток может быть реимплантирован в организм пациента, чтобы заменить пораженный участок. Это действительно большой шаг для медицины.