Insuficiența hepatică în stadiu terminal cauzează anual aproximativ 30.000 de decese în SUA.Până în prezent, singurul tratament definitiv este transplantul de ficat, dar lipsa ficatului de la donatori este un factor limitativ.A doua cauză a insuficienței hepatice rezultă din deteriorarea progresivă cauzată de boala ficatului gras alcoolic și non-alcoolic (NAFLD).Numărul de persoane cu această afecțiune esteÎnțelegând cum progresează această boală, cercetătorii au nevoie de modele care să imite modul în care boala se manifestă la om. Dar cred că am rezolvat această problemă. Cercetătorii din laboratorul meu au descoperit cum să crească un ficat uman în miniatură.

Sunt medic-cercetător, iar laboratorul meu studiază noi abordări pentru a înțelege și a trata bolile hepatice. Am început să mă interesez de ficat în timpul facultății de medicină din Mexic, când un membru al familiei mele a murit de insuficiență hepatică în stadiu terminal.

După facultatea de medicină, am obținut un doctorat în ingineria și regenerarea țesuturilor hepatice. Apoi am făcut stagii de pregătire în China și Suedia pentru a învăța cum să dezvolt organe artificiale pe bază de celule. În cele din urmă, am studiat la Harvard Medical School, unde am învățat să salvez organe care nu erau utile pentru transplant și să le folosesc pentru a manipula țesutul hepatic în laborator. După toate acesteaani, am obținut un loc de muncă la Universitatea din Pittsburgh, un focar mondial de cercetare în domeniul ficatului.

Cum să crești un ficat în laborator

Ficatul este un organ deosebit de neobișnuit în corpul uman, deoarece este singurul care se poate regenera singur. De asemenea, îndeplinește aproximativ 500 de funcții diferite, inclusiv procesarea substanțelor chimice sau a medicamentelor, a grăsimilor și a tuturor substanțelor nutritive pe care le consumați. Și produce multe molecule esențiale.

Pentru prima dată, colegii mei și cu mine am manipulat genetic ficatul uman în miniatură folosind celule stem pluripotente induse (iPS), un tip de celule stem care pot fi generate din celule de piele sau de sânge adulte.

Poate vă întrebați cum se "crește" un mini-organ uman din celule stem. Să vă explic. Mai întâi, colectăm celule cutanate adulte de la o persoană sănătoasă și le creștem în laborator. Apoi, modificăm genetic aceste celule pentru a dezactiva o genă numită SIRT1, care, în ficatul normal, este responsabilă de reglarea metabolismului grăsimilor și de controlul inflamației în ficat.ficat.

Următorul pas este o a doua modificare genetică în care adăugăm patru gene specifice care transformă aceste celule cutanate adulte în celule iPS care au potențialul de a se diferenția în aproape orice tip de celule din organism.

Odată ce aceste celule s-au transformat în celule stem, le multiplicăm în flacoane mari până când avem milioane de celule, apoi le expunem la diferiți factori de creștere pentru a declanșa transformarea lor în celule hepatice într-o placă Petri.

În cele din urmă, am luat celulele hepatice manipulate și le-am introdus într-un ficat de șoarece în care toate celulele de șoarece au fost îndepărtate, lăsând doar un schelet structural realizat dintr-o substanță naturală numită colagen. Acest lucru oferă un cadru în care celulele hepatice umane pot crește și pot forma un organ solid într-o cameră realizată pentru a susține creșterea organelor, cunoscută sub numele deAici, adăugăm alte celule umane în bioreactor pentru a induce formarea de țesuturi și vase în mini-organ. Acest proces durează aproximativ 28 de zile.

Când am terminat, avem un ficat în miniatură care măsoară între 5 și 7 centimetri în diametru. Este foarte interesant să vezi cum se formează în timp real. Stânga: Bioreactorul. Dreapta: Un schelet de ficat de șoarece care a fost umplut cu ficat uman, celule vasculare și inflamatorii (UPMC , CC BY-SA).

Ficatul mini este similar cu ficatul normal

Aspectul valoros al mini-făpturilor noastre cultivate în laborator este că ele imită multe aspecte ale NAFLD umane și evoluția acesteia către o afecțiune mai gravă cunoscută sub numele de steatohepatită non-alcoolică sau NASH. Acest lucru ne va permite nouă și altor cercetători în domeniul ficatului să studiem procesul bolii și să ne dăm seama cum să intervenim.

Pentru că am modificat genetic celulele hepatice pentru a diminua activitatea genei SIRT1 - care în mod normal reglează stocarea grăsimilor și metabolismul - mini ficatul uman a început să imite disfuncția metabolică observată în țesuturile pacienților cu boli de ficat gras. Aceste organe au început să acumuleze grăsime, devenind galbene pe măsură ce nivelul de grăsime creștea.Pentru mine, partea cea mai interesantă a fost să văd cum se schimbă acest organ.

După patru zile de suprimare a genei SIRT1 în mini-fufete, am efectuat mai multe teste pentru a înțelege cum sunt procesate grăsimile, cum se comportă alte gene de procesare a grăsimilor și cum arată celulele hepatice la microscop.

Am constatat că aproximativ 80% din deficiențele de procesare a grăsimilor observate la pacienții cu boli de ficat gras erau prezente în mini-fătul nostru gras uman modificat. Cred că acest lucru este interesant, deoarece înseamnă că putem crea ficate realiste similare cu ficatul pacienților, pe care le putem folosi pentru a testa noi terapii sau pentru a găsi noi markeri deboală.

Utilizarea ficatului de laborator pentru testarea drogurilor

Deci, care este rostul cultivării unui mini-hibitor? Colegii mei și cu mine credem că acesta va fi un instrument valoros pentru testarea medicamentelor candidate. În unele cazuri, acești mini-hibitori pot fi mai exacți decât șoarecii pentru a afla dacă un medicament va fi eficient la om.

De exemplu, în urmă cu câțiva ani, în cadrul unor studii preclinice, animalelor cu boli ale ficatului gras li s-a administrat agentul farmacologic resveratrol, o moleculă care se găsește în struguri și în vinul roșu și care îmbunătățește funcțiile genei SIRT1. Acest lucru a redus cu succes acumularea de grăsime la șoareci și a sugerat că ar putea face același lucru la oamenii cu ficat gras.

Cu toate acestea, studiile clinice la om nu au fost concludente. Dar atunci când ficatul nostru uman mini-gras a fost tratat cu resveratrol, am constatat că nu a avut niciun efect asupra acumulării de grăsime. Rezultatele contradictorii la om și la șoareci se pot datora diferențelor interspecifice dintre boala la oameni și boala din modelele animale reale de boli hepatice fără grăsime.Acest lucru evidențiază valoarea organelor cultivate în laborator și create cu celule umane.

În cele din urmă, capacitatea de a genera țesut hepatic uman bolnav folosind celule iPS modificabile genetic din diferite populații umane este importantă. Oamenii se nasc cu diferite variații genetice care pot predispune la diferite boli. Astfel, generarea de mini-făpturi umane diferite cu diferite variații genetice este o resursă puternică care permite, pentru prima datătimp, pentru a explora rolul acestor variații genetice în această boală.

Grupul meu a conceput studiul de față pentru a modifica expresia unei singure gene, simplificând această boală complexă, pentru a înțelege boala ficatului gras non-alcoolic și progresia sa către NASH. În experimentele viitoare, intenționez să controlez funcția mai multor gene simultan.

Mini-hibitorii noștri nu sunt replici perfecte ale ficatului uman. Nu a fost posibil să imităm toate caracteristicile importante ale NASH, iar acești mini-hibitori nu s-au maturizat pe deplin în comparație cu un ficat uman adult. Astfel, eu și colegii mei vom continua să explorăm cum să modificăm aceste ficate pentru a face replici mai exacte ale acestui organ uimitor.

De Alejandro Soto-Gutiérrez, profesor de patologie, Universitatea din Pittsburgh.

Acest articol a fost publicat inițial pe The Conversation.

Puteți citi articolul original aici.