Американские ученые вырастили из стволовых клеток ткань кишечника, имеющую нервную систему и способную к самостоятельной перистальтике. Отчет о работе появился в журнале Nature Medicine.
Несмотря на кажущуюся простоту кишечник представляет собой сложный орган с разнообразным функциями: он переваривает пищу, всасывает получившиеся питательные вещества, обеспечивает перистальтику (продвижение пищевой массы с пищеварительными соками, или химуса), постоянно обновляет свою эпителиальную выстилку, вырабатывает защитную слизь, поддерживает жизнеспособность микробиома и т. д. Для этого ему необходима развитая нервная система, которая устроена значительно сложнее остальной автономной нервной системы. В частности, она имеет дополнительные нервные сплетения: межмышечное, или ауэрбахово, контролирующее движения кишки, и подслизистое, или мейсснерово, управляющее кровотоком, секрецией и всасыванием. Из-за этого некоторые авторы выделяют ее в самостоятельный отдел автономной нервной системы.
Первые образцы кишечной ткани, содержащие правильно организованный эпителий и мышечную ткань (кишечные органоиды), были получены в 2010 году, однако нейронов в них не было.
Сейчас та же лаборатория в Медцентре Детской больницы Цинциннати с коллегами из других научных центров США, Франции, и Австралии вырастила полноценную ткань кишки с функционирующей нервной системой, подражая естественному эмбриональному развитию кишечника.
На первой стадии процесса они по отработанной технологии вырастили кишечные органоиды сфероидной формы, соответствующим образом направив дифференцировку человеческих эмбриональных и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.
Затем, обрабатывая индуцированные плюрипотентные клетки ретиноевой кислотой, ученые получили из них клетки нервного гребня, служащие предшественницами кишечных нейронов. Эти клетки ввели в развивающиеся органоиды, где они мигрировали в мышечный и подслизистые слои и дифференцировались в нейроны и глиальные (вспомогательные) клетки. При этом сформировлись структуры, аналогичные мейсснерову и ауэрбахову сплетениям.
В полученных органоидах присутствовали также интерстициальные клетки Кахаля, которые обладают спонтанной электрической активностью и служат водителями ритма для волн перистальтики.
В таких органах наблюдались перистальтические движения, происходящие под контролем собственной нервной системы (это проверили, блокируя нейроны тетродотоксином). Причем происходило это как в пробирке, так и после имплантации их под капсулу мышиной почки. По гистологическому строению органоиды оказались схожи со здоровой тонкой кишкой человека.
Кишечные органоиды с нервной системой не имели собственных кровеносных сосудов и иммунных клеток, однако после имплантации их мышам организм животных снабжал их всем необходимым, отмечают исследователи.
«Полагаю, это одна из наиболее сложных тканей из когда-либо созданных. У нее есть внутренняя выстилка, абсорбирующая питательные вещества и вырабатывающая пищеварительные соки, полностью рабочие мышцы и нервы, контролирующие их волнообразные сокращения», — заявил руководитель работы Джим Уэллс (Jim Wells).
Основной целью научного коллектива является создание полноценных фрагментов кишечника для имплантации пациентам с различными врожденными и приобретенными его поражениями. Кроме того, органоиды уже сейчас позволяют моделировать подобные заболевания (например, заблокировав ген фактора транскрипции PHOX2B, ученые наблюдали изменения, характерные для болезни Гиршпрунга). Также они подходят для изучения действия лекарств на секрецию и перистальтику кишечника.
К настоящему времени для исследовательских целей созданы и совершенствуются органоидные модели различных органов и тканей (включая печень, желудок, щитовидную железу, легкие и другие), однако органоидов с автономной нервной системой получить до сих пор не удавалось. Подробнее почитать о создании искусственных органов можно в нашем материале.
Олег Лищук