Shkencëtarët japonezë ndërtojnë organoide komplekse 3D me pajisje gjeniale

Një ekip shkencëtarësh të udhëhequr nga Masaya Hagiwara i institutit kombëtar të shkencës RIKEN në Japoni ka zhvilluar një pajisje gjeniale, duke përdorur shtresa hidrogelesh në një strukturë të ngjashme me kub, që lejon studiuesit të ndërtojnë organoide komplekse 3D pa përdorur teknika të përpunuara. Grupi gjithashtu demonstroi kohët e fundit aftësinë për të përdorur pajisjen për të ndërtuar organoidë që riprodhojnë besnikërisht shprehjen gjenetike asimetrike që karakterizon zhvillimin aktual të organizmave. Pajisja ka potencialin të revolucionarizojë mënyrën se si testojmë barnat, dhe gjithashtu mund të ofrojë njohuri se si zhvillohen indet dhe çojnë në teknika më të mira për rritjen e organeve artificiale.

Shkencëtarët kanë luftuar prej kohësh për të krijuar organoide – inde organike të rritura në laborator – për të përsëritur zhvillimin aktual biologjik. Krijimi i organoideve që funksionojnë në mënyrë të ngjashme me indet reale është jetik për zhvillimin e ilaçeve pasi është e nevojshme të kuptohet se si barnat lëvizin nëpër inde të ndryshme. Organoidet gjithashtu na ndihmojnë të fitojmë njohuri për vetë procesin e zhvillimit dhe janë një gur hapi në rrugën drejt rritjes së organeve të tëra që mund të ndihmojnë pacientët.

Megjithatë, krijimi i organoideve të ngjashme me jetën ka qenë i vështirë. Në natyrë, indet zhvillohen përmes një valle të përpunuar që përfshin gradientë kimikë dhe skela fizike që drejtojnë qelizat në modele të caktuara 3D. Në të kundërt, organoidet e rritur në laborator zakonisht zhvillohen ose duke i lënë qelizat të rriten në kushte homogjene – duke krijuar topa të thjeshtë të qelizave të ngjashme – ose duke përdorur printim 3D ose teknologji mikrofluidike, të cilat të dyja kërkojnë pajisje të sofistikuara dhe aftësi teknike.

Por tani, në një punim fillestar të botuar në Advanced Materials Technologies , grupi nga RIKEN Cluster for Pioneering Research njoftoi zhvillimin e një teknike të re, inovative që u lejon atyre të kontrollojnë në mënyrë hapësinore mjedisin rreth grupeve të qelizave të bazuara në kube, duke mos përdorur asgjë më shumë. i përpunuar se një pipetë.

Metoda përfshin kufizimin e shtresave të hidrogeleve – substanca të përbëra kryesisht nga uji – me veti të ndryshme fizike dhe kimike brenda një ene kulture në formë kubi. Në studim, hidrogela të ndryshëm u futën në skelë duke përdorur një pipetë dhe u mbajtën në vend bazuar në tensionin sipërfaqësor. Qelizat mund të futen në kube ose brenda hidrogeleve individuale ose si fishekë që mund të lëvizin në shtresa të ndryshme, duke bërë të mundur krijimin e një sërë llojesh indesh.

Në një punim të dytë, të botuar në Communications Biology , grupi demonstroi gjithashtu aftësinë për të rikrijuar atë që njihet si modelimi i boshtit të trupit. Në thelb, kur vertebrorët zhvillohen, ekziston një model i diferencimit të qelizave të kokës/pasme dhe mbrapa/stomak. Megjithëse e rëndësishme për krijimin e organoideve që rikrijojnë besnikërisht atë që ndodh në organizmat aktualë, kjo ka qenë shumë e vështirë për t’u arritur në laborator.

Në këtë punë, duke përdorur sistemin e bazuar në kube, grupi ishte në gjendje të rikrijonte këtë model, duke përdorur një kapak myku për të mbjellë saktësisht një grup qelizash staminale pluripotente të induktuara (iPSC) brenda një kubi, dhe më pas duke lejuar qelizat të ekspozoheshin ndaj një gradient i dy faktorëve të ndryshëm të rritjes. Madje, ata arritën deri aty sa të “rekrutonin” një laborant dhe një nxënës të shkollës së mesme për të kryer me sukses punën, duke treguar se mbjellja e qelizave nuk do të kërkonte një nivel të lartë ekspertize. Ekipi tregoi gjithashtu se indet që rezultojnë mund të ndahen për imazhe dhe të ruajnë ende informacionin rreth orientimit të gradientit.

Sipas Hagiwara, “Ne jemi shumë të emocionuar nga këto arritje, pasi sistemi i ri do t’u bëjë të mundur studiuesve që shpejt dhe pa pengesa të vështira teknike, të rikrijojnë organoidë që ngjajnë më shumë me mënyrën se si zhvillohen organet në organizmat aktualë. Shpresojmë që një sërë studiuesish do të përdorin metodën tonë për të krijuar organoidë të rinj të ndryshëm dhe për të kontribuar në kërkime mbi sisteme të ndryshme organesh. Përfundimisht, ne shpresojmë se do të kontribuojë gjithashtu për të kuptuar se si mund të ndërtojmë organe artificiale aktuale që mund të ndihmojnë pacientët.”