Человеческая жизнь, по сути, начинается с того момента, когда абсолютно одинаковые клетки начинают делиться на разные типы, то есть приобретают определенную специализацию, в результате чего из них в последствии развиваются разные органы и ткани. Для изучения этого процесса ученые все чаще используют органоиды. Изучать как развиваются органы у целого эмбриона пока нет возможности. Зато уже имеются технологии, которые позволяют воссоздать искусственно любой органоид, то есть микроорган. Обычно они представляют собой не орган целиком, а определенную часть, к примеру, зачаток коры полушария мозга, структурную единицу почки и т.д. Но этого хватает, чтобы исследовать воздействие того или иного препарата на зарождающийся орган, ядовитых веществ и т.д. Также органоиды используют для изучения закономерностей их развития. В процессе одного из таких исследований сердечного органоида, сотрудники Гладстоновского института, обнаружили интересную закономерность — на его развитие большое влияние оказывал находящийся рядом органоид кишечника. Причем без него органоид не мог полноценно развиваться.
Ученые выяснили что кишечник может влиять на развитие сердца эмбриона
Как кишечник влияет на развитие формирование сердца
Ученые Гладстоновского института использовали для своей работы индуцированные плюрипотентные стволовые клетки человека. Их получают из обычных, то есть специализированных клеток при помощи определенных молекулярных сигналов. После того, как эти клетки утрачиваю свою специализацию, при помощи других молекулярных сигналов им придают ту или иную новую специализацию. Плюрипотентными (всемогущими) их называют по той причине, что им можно искусственно придать любое предназначение. К слову, существует другая технология, которая позволяет брать стволовые клетки из клонов эмбрионов. Но они для подобных исследований не применяются.
Органоиды образуются из стволовых клеток, которые изначально не имеют предназначения
В своем исследовании ученые поставили перед собой задачу создать из таких клеток не только сердечную мышцу, но и другие клетки, которые содержит наше сердце, то есть сформировать более-менее полноценный органоид. Перебирая возможные варианты молекулярных сигналов, они обнаружили, что сердце нормально развивается только вместе с клетками кишечника.
Как утверждают авторы исследования, опубликованного в издании Cell Stem Cell, при наличии клеток кишечника, органоид приобретал сложную структуру, напоминающую настоящее сердце эмбриона. Более того, они отметили, что у органоида появилось нечто, напоминающее кровеносные сосуды, питающее сердце.
Также ученые утверждают, что микроорган обладал более разнообразными клетками, в сравнении с аналогами, выращенными в одиночку. Причем пропорции клеток были правильными. Среди них исследователи обнаружили клетки, которые обладали электрическими свойствами, такими же, как у настоящего формирующегося сердца. Когда авторы работы создавали такие же самые органоиды, но без клеток кишечника, сердце на ранней стадии развития словно замирало. В паре же с клетками кишечника органоид смог прожить год. По словам экспертов, для таких структур это необычайной длительный срок.
Двойной органоид, который содержит клетки сердца и кишечника
“Наше исследование открывает новые многообещающие перспективы органоидных технологий, которые помогут улучшить наше понимание того, как развивающиеся органы и ткани, как взаимодействуют и инструктируют друг друга” — говорит старший исследователь Гладстона Тодд МакДевитт, доктор философии, старший автор исследования.
Почему органоиды развиваются совместно
Как отмечают авторы работы, активно развивалось не только сердце, но и клетки кишечника. Они выявили структуры, которые напоминали тонкий кишечник. Но каким образом один органоид влиял на другой? По словам авторов работы, микроорганы обменивались между собой химическими сигналами.
Тодд МакДевитт, ведущий автор исследования
“Связь между развивающимися тканями, возможно, еще не получила такого широкого признания, как следовало бы. Теперь мы можем потенциально исследовать этот фундаментальный процесс так, над которым никогда раньше не задумывались” — говорит Тодд МакДевитт.
Как отмечают исследователи, несмотря на успехи, то есть более естественную структуру органоидов, сформированных в паре, они все еще сильно отличались от тех органов, которые развиваются в эмбрионе. Однако, следует учитывать, что в эмбрионе одновременно развиваются не два органы, а все. Они также имеют тесный химический контакт друг с другом. Вполне возможно, что при формировании в лабораторных условиях не двух органоидов, а всех вместе, как у эмбриона, органоиды будут также формироваться правильно.
Еще больше увлекательных материалов из мира науки мы подготовили для вас на нашем Яндекс.Дзен-канале
Учены планируют в ближайшее время продолжить дальнейшие исследования, чтобы усовершенствовать технологии выращивания органоидов. В частности, они собираются вырастить другие похожие органоиды с различными типами тканей, которыми обладает сердце, почки и т.д. Напоследок напомню, что другая группа ученых смогла вырастить полноценный гибридный эмбрион обезьяны и человека, о чем мы рассказывали ранее.
