Долгоживущие органоиды печени
Проблема: утрата идентичности гепатоцитов
Печень — ключевой орган метаболизма, детоксикации и синтеза белков. Однако моделирование ее функций in vitro остается сложной задачей. Основная проблема при создании органоидов печени (3D-структур, имитирующих орган) — потеря клеточной идентичности гепатоцитов в процессе пролиферации. При делении гепатоциты часто подвергаются протоковой метаплазии, трансформируясь в клетки желчных протоков, что делает их непригодными для изучения печеночных функций.
Команда ученых из Токио решила эту проблему, разработав протокол на основе онкостатина М — цитокина, блокирующего перепрограммирование клеток. Результаты опубликованы в Nature Biotechnology.
Методы
Исследователи проанализировали данные Атласа ракового генома (TCGA) для гепатоцеллюлярной карциномы, чтобы выявить сигнальные пути, критичные для пролиферации гепатоцитов. Среди ключевых мишеней оказались WNT, RAS, TGFβ, STAT3, PKA.
На основе этих данных был создан коктейль факторов, включающий:
·Эпидермальный и гепатоцитарный факторы роста;
·FGF-10 (стимулятор пролиферации);
·Ингибиторы TGFβ (A83-01, Noggin);
·Интерлейкин-6 (IL-6) и форсколин (активатор PKA).
Однако главным компонентом среды стал онкостатин М — цитокин, активирующий путь STAT3. В его присутствии гепатоциты формировали органоиды с монослойной структурой, экспрессирующие маркеры зрелых клеток: альбумин и HNF4α.
Роль онкостатина М
·Подавление метаплазии: Активация STAT3 блокировала экспрессию генов билиарной линии (например, SOX9), предотвращая превращение гепатоцитов в протоковые клетки.
·Синергия с YAP: Белок YAP, обычно индуцирующий метаплазию, в сочетании с онкостатином М стимулировал пролиферацию без потери идентичности.
В такой среде органоиды сохраняли стабильность до 6 месяцев, что в 3–4 раза дольше предыдущих моделей.
От культуры к животным
1. Метаболическая зональность
Печень in vivo обладает метаболической зональностью: перипортальные и перивенозные гепатоциты выполняют разные функции. Ученые воссоздали это в органоидах:
·Добавление Wnt/R-спондина индуцировало маркеры центральной вены (CYP2E1);
·Дефицит глюкозы активировал гены воротной вены (GS).
2.Синтез желчных кислот
Органоиды демонстрировали активность ключевых ферментов синтеза желчных кислот — CYP7A1 и AKR1D1. Метод ЖХ-МС/МС подтвердил продукцию холевой и хенодезоксихолевой кислот, а электронная микроскопия выявила сеть желчных канальцев.
3.Тест на животных
Органоиды трансплантировали мышам с поврежденной печенью (обработанной ганцикловиром). Через 4 недели у грызунов:
·В сыворотке крови обнаруживался человеческий альбумин;
·Гистология показала приживление клеток с сохранением структуры.
Применение
1)Тестирование лекарств:
Органоиды реагировали на ацетаминофен (парацетамол) в клинически значимых дозах. Токсичность нейтрализовалась N-ацетилцистеином — стандартным антидотом.
2)Геномное редактирование:
Ученые успешно внесли мутации в гены органоидов с помощью CRISPR-Cas9, открыв путь для моделирования наследственных заболеваний печени.
Перспективы: шаг к регенеративной медицине
Исследование решает две ключевые задачи:
·Создание долгоживущих моделей для изучения метаболизма, вирусных инфекций (например, гепатита) и разработки препаратов.
·Тканевая инженерия: Трансплантация органоидов может стать альтернативой донорской печени при острой недостаточности.
Ограничения:
Пока неясно, как долго трансплантированные клетки сохраняют функциональность in vivo и можно ли масштабировать метод для человека.
Заключение
Японские ученые не только преодолели барьер потери клеточной идентичности, но и создали первую модель органоидов с метаболической зональностью. Это открывает новые возможности для персонализированной медицины и лечения печеночных патологий. Следующий этап — испытания на приматах и адаптация технологии для клинического применения.
Дата публикации: 18.04.2025
Первоисточник:
Igarashi R. et al. Generation of human adult hepatocyte organoids with metabolic functions. Nature. 2025 Apr 16. doi: 10.1038/s41586-025-08861-y. Epub ahead of print. PMID: 40240606.
https://www.nature.com/articles/s41586-025-08861-y
Проблема: утрата идентичности гепатоцитов
Печень — ключевой орган метаболизма, детоксикации и синтеза белков. Однако моделирование ее функций in vitro остается сложной задачей. Основная проблема при создании органоидов печени (3D-структур, имитирующих орган) — потеря клеточной идентичности гепатоцитов в процессе пролиферации. При делении гепатоциты часто подвергаются протоковой метаплазии, трансформируясь в клетки желчных протоков, что делает их непригодными для изучения печеночных функций.
Команда ученых из Токио решила эту проблему, разработав протокол на основе онкостатина М — цитокина, блокирующего перепрограммирование клеток. Результаты опубликованы в Nature Biotechnology.
Методы
Исследователи проанализировали данные Атласа ракового генома (TCGA) для гепатоцеллюлярной карциномы, чтобы выявить сигнальные пути, критичные для пролиферации гепатоцитов. Среди ключевых мишеней оказались WNT, RAS, TGFβ, STAT3, PKA.
На основе этих данных был создан коктейль факторов, включающий:
·Эпидермальный и гепатоцитарный факторы роста;
·FGF-10 (стимулятор пролиферации);
·Ингибиторы TGFβ (A83-01, Noggin);
·Интерлейкин-6 (IL-6) и форсколин (активатор PKA).
Однако главным компонентом среды стал онкостатин М — цитокин, активирующий путь STAT3. В его присутствии гепатоциты формировали органоиды с монослойной структурой, экспрессирующие маркеры зрелых клеток: альбумин и HNF4α.
Роль онкостатина М
·Подавление метаплазии: Активация STAT3 блокировала экспрессию генов билиарной линии (например, SOX9), предотвращая превращение гепатоцитов в протоковые клетки.
·Синергия с YAP: Белок YAP, обычно индуцирующий метаплазию, в сочетании с онкостатином М стимулировал пролиферацию без потери идентичности.
В такой среде органоиды сохраняли стабильность до 6 месяцев, что в 3–4 раза дольше предыдущих моделей.
От культуры к животным
1. Метаболическая зональность
Печень in vivo обладает метаболической зональностью: перипортальные и перивенозные гепатоциты выполняют разные функции. Ученые воссоздали это в органоидах:
·Добавление Wnt/R-спондина индуцировало маркеры центральной вены (CYP2E1);
·Дефицит глюкозы активировал гены воротной вены (GS).
2.Синтез желчных кислот
Органоиды демонстрировали активность ключевых ферментов синтеза желчных кислот — CYP7A1 и AKR1D1. Метод ЖХ-МС/МС подтвердил продукцию холевой и хенодезоксихолевой кислот, а электронная микроскопия выявила сеть желчных канальцев.
3.Тест на животных
Органоиды трансплантировали мышам с поврежденной печенью (обработанной ганцикловиром). Через 4 недели у грызунов:
·В сыворотке крови обнаруживался человеческий альбумин;
·Гистология показала приживление клеток с сохранением структуры.
Применение
1)Тестирование лекарств:
Органоиды реагировали на ацетаминофен (парацетамол) в клинически значимых дозах. Токсичность нейтрализовалась N-ацетилцистеином — стандартным антидотом.
2)Геномное редактирование:
Ученые успешно внесли мутации в гены органоидов с помощью CRISPR-Cas9, открыв путь для моделирования наследственных заболеваний печени.
Перспективы: шаг к регенеративной медицине
Исследование решает две ключевые задачи:
·Создание долгоживущих моделей для изучения метаболизма, вирусных инфекций (например, гепатита) и разработки препаратов.
·Тканевая инженерия: Трансплантация органоидов может стать альтернативой донорской печени при острой недостаточности.
Ограничения:
Пока неясно, как долго трансплантированные клетки сохраняют функциональность in vivo и можно ли масштабировать метод для человека.
Заключение
Японские ученые не только преодолели барьер потери клеточной идентичности, но и создали первую модель органоидов с метаболической зональностью. Это открывает новые возможности для персонализированной медицины и лечения печеночных патологий. Следующий этап — испытания на приматах и адаптация технологии для клинического применения.
Дата публикации: 18.04.2025
Первоисточник:
Igarashi R. et al. Generation of human adult hepatocyte organoids with metabolic functions. Nature. 2025 Apr 16. doi: 10.1038/s41586-025-08861-y. Epub ahead of print. PMID: 40240606.
https://www.nature.com/articles/s41586-025-08861-y