Атрезия желчевыводящих путей является основной причиной терминальной стадии фиброза печени у детей и основной причиной, по которой детям необходима трансплантация печени. Несмотря на многолетние исследования во всем мире, ученые до сих пор не нашли способ предотвратить это заболевание.
Теперь исследование, проведенное экспертами по печени в Cincinnati Children’s, раскрывает новые подробности этого заболевания, которые указывают на совершенно новый подход к лечению. Открытия, опубликованные в августе. 15 февраля 2021 года в журнале Hepatology, стало возможным, потому что команде удалось вырастить функциональные органоиды желчных путей из пораженной ткани.
"Мы разработали эти органоиды без каких-либо генетических манипуляций с клетками, при этом клетки растут из биоптатов печени," говорит Пранав Шивакумар, доктор философии.D., и Хорхе Безерра, доктор медицины, из отделения гастроэнтерологии, гепатологии и питания в Cincinnati Children’s и старшие авторы исследования. "Это важно, потому что мы смогли изучить функционирующие ткани человека у маленьких детей, а не полагаться на фиксированные образцы клеток или модели мышей, которые не полностью имитируют человеческое заболевание."
Наблюдение за болезненным процессом в блюде
Сравнивая больные органоиды с другими органоидами, выращенными из образцов здоровой печени, исследователи обнаружили несколько структурных дефектов, возникающих в клетках, которые образуют крошечные трубочки, которые переносят желчные кислоты от печени – критический аспект процесса пищеварения.
Здоровые органоиды желчных путей образуют сферы из плотно связанных клеток, которые принимают форму, напоминающую конфету. Эта форма помогает клеткам ориентироваться для развития внутренней и внешней поверхностей с различными функциями. Верхний конец ячеек направлен внутрь, каждая ячейка простирает волосовидную ресничку в центр сферы. Более широкие нижние концы ячеек образуют защитный внешний слой.
Однако клетки пораженных органоидов образовывали неорганизованные оболочки. Некоторые клетки были перевернуты так, что их реснички смотрели наружу. Между тем, вместо плотных герметичных связей между ячейками, подкладка показывала беспорядочные зазоры между ячейками, которые позволяли внешним материалам проникать внутрь.
"Выстилка этих эпителиальных клеток формирует желчный проток, который обеспечивает нормальный поток желчи из печени в кишечник и предотвращает повреждение стенок желчных протоков транспортируемыми ими желчными кислотами," Безерра говорит. "Если подкладка не плотная, она позволяет желчным кислотам и другим субстратам просачиваться в стенку протока, что раздражает клетки и приводит к воспалению, разрушающему желчевыводящую систему. Когда это происходит, в печени развивается фиброз, который может прогрессировать до печеночной недостаточности у детей."
Спасение дефектных протоков возможно
Показ проблемы проницаемости был прорывом сам по себе, который стал возможным только благодаря изучению функционирующих органоидов. У людей эта неисправность может начаться на ранней стадии развития плода, задолго до того, как можно будет собрать какие-либо образцы тканей для выявления плохого образования протоков.
Изучая органоиды, исследователи обнаружили различия в передаче сигналов клеток между больными и здоровыми органоидами, которые могут быть причиной аномального образования органоидов желчных путей. Эти сигналы были связаны с фактором роста фибробластов-2 (FGF2) и эпидермальным фактором роста (EGF).
"Когда мы активировали эти пути, мы увидели, что гораздо больше клеток в больных органоидах развились правильно. Обработанные органоиды не были идеальными, но они были намного ближе к норме, что позволяет предположить, что они могут поддерживать адекватную функцию печени," Шивакумар говорит.
В исследовании сообщается, что при лечении EGF и FGF2 органоиды атрезии желчных путей показали улучшенную полярность, сниженную проницаемость и экспрессию биомаркеров, указывающих на почти нормальную функцию.
В исследовательскую группу, добившуюся этого успеха, входят первый автор Сурья Амарачинта, доктор философии.D., и соавтор-корреспондент Пранавкумар Шивакумар, MPharm, Ph.D., оба от Cincinnati Children’s. Команда также сотрудничала с коллегами из Первой дочерней больницы и Третьей дочерней больницы Университета Сунь Ятсена, Гуанчжоу, Китай.
Следующие шаги
По словам Безерры, необходимо еще несколько шагов, чтобы перенести это открытие лабораторной посуды на лечение.