Функция почек успешно смоделирована в клеточной культуре

3D-иллюстрация почек человека в поперечном сечении

Ученые совершили замечательный прорыв в исследованиях почек. В статье, опубликованной в журнале Communications Biology, группа исследователей из Киотского университета под руководством Рамина Садегяна представляет инновационный подход к созданию миниатюрных моделей почек, которые очень напоминают структуру и функции полноразмерных человеческих почек.

Миниатюрные модели почек сочетают в себе два распространенных подхода к моделированию органов человека: органоиды и микрофлюидные чипы. Объединив эти подходы, исследователи смогли повысить точность своей модели почки, что стало важным шагом на пути к созданию миниатюрных почек, которые можно было бы использовать для медицинских исследований и разработки лекарств.

Что такое органоиды?

Органоиды создаются из стволовых клеток. Стволовые клетки уникальны тем, что обладают замечательной способностью превращаться практически в любой тип клеток. Когда этим клеткам предоставляются правильные экологические и химические сигналы, их можно заставить взаимодействовать друг с другом и формировать ткани человека, включая ткани, из которых состоят наши жизненно важные органы, такие как почки.

Модель, представленная исследователями Киотского университета, преодолевает предыдущие трудности в исследованиях органоидов почек за счет включения более точной модели структуры, называемой проксимальными канальцами. Проксимальные канальцы являются основным местом всасывания питательных веществ и выведения отходов в почках.

Преимущества микрофлюидных чипов

Альтернативный подход к моделированию органов — использование микрофлюидных чипов. Микрофлюидные чипы состоят из таких материалов, как стекло и кремний, с выгравированными на них микроскопическими каналами. Эти микроскопические каналы содержат небольшое количество жидкости. Это позволяет исследователям лучше контролировать среду, в которой растут клетки, легко манипулируя давлением и потоком жидкостей внутри каналов.

Рисунок 1. Микрофлюидные чипы — это материалы с микроскопическими каналами, выгравированными на их поверхности.

Клетки проксимальных канальцев были созданы и использованы непосредственно в микрофлюидных чипах в качестве модели почек. Однако эти модели не являются наиболее точными, поскольку они не отражают многие сложные клеточные взаимодействия между клетками проксимальных канальцев и другими клетками почек.

Комбинированный подход

Исследователи из Киотского университета предположили, что, объединив органоиды и микрофлюидные чипы, они смогут смоделировать функцию проксимальных канальцев, в то же время учтя важные клеточные взаимодействия, которые не учитывались предыдущими моделями.

Чтобы начать этот процесс, стволовые клетки уговорили сформировать основные органоиды почек посредством серии точных химических манипуляций и манипуляций с окружающей средой. После того, как органоиды почек созрели, исследователи добавили к ним флуоресцентные биомаркеры, чтобы подтвердить, что миниатюрные почки содержат правильный состав типов клеток почек. Этот шаг также позволил им определить, что органоиды примерно на 20-30% состоят из клеток проксимальных канальцев.

Рисунок 2: Рост органоидов почек через 22 дня.

После этого команда разрушила органоид и отделила клетки проксимальных канальцев. Исследователи надеялись, что, позволив клеткам проксимальных канальцев сначала расти в органоидной среде, а затем перенести их на микрофлюидный чип, клетки будут продолжать вести себя так же, как при культивировании с другими типами клеток почек. Это приведет к созданию более точной модели «проксимальных канальцев на чипе».

После культивирования клеток проксимальных канальцев внутри микрофлюидного чипа исследователи заметили, что клетки начали агрегироваться, образуя крошечные сферы внутри каналов микрофлюидного чипа. Несмотря на такое поведение, флуоресцентные пятна подтвердили, что сферы по-прежнему содержат большое количество белков проксимальных канальцев, что позволяет предположить, что клетки успешно развиваются внутри чипа.

Рисунок 3: Клетки проксимальных канальцев образуют сферы внутри микрофлюидных каналов.