Mokslininkai sako, kad išgydyti sunkias žmoniją kamuojančias ligas įmanoma tik tuomet, kai pavyks perprasti jų atsiradimo ir vystymosi mechanizmą. O tam pasitarnaus miniatiūrinės ir gerokai supaprastintos trijų dimensijų žmogaus organų kopijos – organoidai. Šios gyvos specifinių ląstelių sankaupos, apgyvendintos mėgintuvėliuose, jau dabar atveria galimybių atlikti inovatyvius tyrimus.

 

Ląstelių modeliai žinomi jau šimtmetį3d,Illustration,Of,Common,Human,Organoids

 

Pirmasis auginti ląsteles laboratorijoje 1907 m. pradėjo Rossas Harrisonas, tyrinėdamas nervinių skaidulų susidarymą. Mokslininkas iš varlės embriono išskyrė nediferencijuotas nervinio audinio ląsteles ir augino jas ant sterilios plokštelės kabėjusiame limfos laše, laikytoje uždaroje ir drėkinamoje kameroje. Šis metodas leido R. Harrisonui nuolat stebėti ląstelių augimą ir diferencijavimąsi. Tai buvo pirmasis eksperimentas, parodęs, kad ląstelės gali būti išskiriamos iš organizmo ir auginamos atskirai nuo kūno. XX a. 6-ajame dešimtmetyje ląstelių biologijos tyrimai buvo sparčiai plėtojami. Mokslininkai išmoko auginti ląsteles ir su jomis atlikti tyrimus tiesiog mėgintuvėliuose, todėl tyrimai tapo greitesni ir prieinamesni. 1951 m. George‘as Otto Gey‘us su bendradarbiais išgrynino pirmąją vėžinių ląstelių liniją, kuri išskirta iš pacientės Henriettos Lacks, sirgusios gimdos kaklelio vėžiu. Ląstelių linija pavadinta „HeLa“ jų donorės garbei. Ši ląstelių linija ne tik leido mokslininkams pasiekti proveržį ląstelių biologijos srityje, bet ir buvo labai svarbi dedant molekulinės biologijos pamatus. Per pastaruosius dešimtmečius ląstelių auginimas laboratorijose dar labiau patobulėjo. Dabar mokslininkai ląsteles augina specialiuose flakonuose. Naudojama sintetinė ląstelių mitybinė terpė, aprūpinanti jas maistinėmis medžiagomis ir skatinanti augimą. Ląstelės auginamos inkubatoriuose, palaikant pastovią 37 ºC temperatūrą. Kiekviena ląstelių linija turi standartinį auginimo protokolą, todėl mokslininkams iš skirtingų laboratorijų lengviau gautus rezultatus palyginti. Šios ląstelių linijos galiausiai paverstos trimačiais modeliais, kuriuose susidaro specifiniai gyvoms ląstelėms būdingi tarpusavio ryšiai. Ir būtent tuomet šios ląstelių sankaupos vadinamos organoidais.

 

Metodas vis dar turi trūkumų

 

2017 m. vienas žymiausių mokslo žurnalų „Nature Methods“ organoidus išrinko svarbiausiu tų metų mokslo metodu. Dabar organoidus augina daugelis laboratorijų. Jie gaunami iš audinio, embrioninių kamieninių arba indukuotų pluripotentinių kamieninių ląstelių, kurioms būdingas atsinaujinimas ir diferenciacijos galimybės. Populiariausias šiuolaikinių mokslininkų naudojamas organoidų auginimo būdas – biopsijos metu paimtų ląstelių pavertimas kamieninėmis ląstelėmis. Auginami daugelio audinių organoidai, įskaitant smegenis ir net sėklides. Jie paprastai naudojami ligoms modeliuoti ir vaistams bandyti. Šie tyrimai itin tikslūs, greitai atliekami. Tad medicinos mokslo pasaulis viliasi, kad organoidai padės pagreitinti medicinos vystymąsi. Tačiau, kaip ir kiekvienas modelis, organoidai turi trūkumų. Pagrindinis – kraujotakos nebuvimas, dėl kurio organoiduose susiformuoja negyvų ląstelių zonos. Mokslininkai vis dar bando patobulinti trimačių ląstelių modelius, keisdami ląstelių mitybinės terpės sudėtį, modeliuodami ne visą organą, o tik jo dalį, arba augindami kelis atskirus organoidus, kurie vėliau sujungiami į vieno organo modelį. Tuomet pavyksta itin tiksliai atkartoti kepenis, skrandį, plaučius, prostatą – beveik visus organus, išskyrus kaulinį ir širdies audinį. Šie audiniai išauginami tik iš embrioninių kamieninių ląstelių. Visgi mokslininkai sako, kad mėgintuvėliuose užauginti organoidai, skirtingai nei ląstelių sluoksniai, gali būti perkelti į laboratorinius gyvūnus (atliekama transplantacija), ten įsitvirtinti ir net toliau vystytis. Tiesa, toks metodas kelia nemažai etinių klausimų, todėl vertinamas atsargiai.

 

Platus panaudojimas

 

Organoidai iki šiol labiausiai pasitarnavo vėžio tyrimams. Panaudojant trimatę vėžinių ląstelių kultūrą galima modeliuoti, kaip įvairūs vaistai, sukurti nanotechnologijos metodais, patektų į navikines ląsteles. Jei tiriamos nanodalelės nesikaupia vėžinėse ląstelėse, galima modifikuoti jų paviršių ir taip pagerinti nanodalelių patekimą į ląsteles. Taip pat panaudojant suaugusio žmogaus kamienines ląsteles ir auginant unikalius konkretaus žmogaus organoidus būtų galima testuoti pacientui skiriamus vaistus. Kitas svarbus organoidų pritaikymo aspektas – žmogaus embrionų vystymosi tyrimai. Mėgintuvėliuose galima sudaryti tokias sąlygas, kuriomis embrioninės kamieninės ląstelės formuotų organoidus tuo pačiu būdu, kuriuo formuojasi organai pradinėse žmogaus vystymosi stadijose. Nors šiuo metu organoidai dažniausiai naudojami atliekant mokslinius tyrimus, tikimasi, kad ateityje įgytas žinias bus galima pritaikyti organams auginti laboratorijose ir juos panaudoti regeneracinėje medicinoje. Nuo 2010 m. nemažai tyrimų atliekama ieškant, kaip gydyti trumposios žarnos sindromą ir žarnyno uždegimus naudojant plonosios žarnos organoidus. Vienas žymiausių regeneracinės medicinos atstovų dr. Anthony Atala organus spausdina trimačiu spausdintuvu, vietoj rašalo naudodamas ląsteles ir tarpląstelinę medžiagą. Jo vadovaujama komanda jau dabar dirbtinai išaugina ir persodina pacientams šlapimo pūsles, atliekami klinikiniai tyrimai su kaulų, kremzlių, raumeninio audinio spausdinimu ir persodinimu, siekiama, kad persodinti audiniai turėtų visiškai išsivysčiusias kraujagysles ir nervus. Taip pat bandoma spausdinti ir kitus sudėtingesnius, organus, tokius kaip inkstai, širdis. Tačiau kol kas šių organų auginimas dar tik eksperimentinėje stadijoje. Tikimasi, kad per ateinančius 5–10 metų ši technologija bus išplėtota.

 

Įdomu

 
  •  Mokslininkai naudoja organoidus, kad tyrinėtų ligų vystymąsi laboratorijose ir pramonėje, galėtų atrasti ir kurti vaistus, pritaikyti individualizuotą diagnostiką ir mediciną, genų ir ląstelių terapiją bei audinių inžineriją.
  •  Organoidai tinka maisto produktų analizei – būtent taip paaiškėjo perteklinio cukraus žala.
  •  Išauginti organoidus, kurie yra kelių milimetrų pločio ir kuriuos sudaro iki 100 mln. ląstelių, užtrunka 2–3 mėn.
  •  Visai neseniai kamienines ląsteles tyrinėjantys Vokietijos mokslininkai laboratorijoje užaugino mažytį smegenų audinio pavyzdį ir stebėjo, kaip ant jo užauga du optiniai organoidai. Šis pasiekimas džiugina, nes leis geriau suvokti, kaip formuojasi žmogaus akys.
 

Autorius Eglė Stratkauskaitė