«Мінішлунок», що розвинувся зі стовбурових клітин людини, зумів згорнутися в тривимірну структуру, подібну до нормального, природного органу.
Дослідники з Медичного центру при дитячій лікарні Цинциннаті (США) зуміли виростити в пробірці людський шлунок. Правда, за розмірами він не перевищує 3 мм в діаметрі, однак, незважаючи на свою мініатюрність, він багато в чому повторює структуру «натурального» органу.
Джеймс Веллс (James M Wells) разом з колегами скористалися плюрипотентними стовбуровими клітинами людини, з яких можна отримати будь-який різновид клітин організму. Самі стовбурові клітини були двох видів: натуральні, отримані ще 15 років тому з людського ембріона, і штучні, або індуковані, отримані в результаті молекулярного перепрограмування спеціалізованих клітин шкіри. Зараз використання стовбурових клітин з ембріона пов'язане з багатьма юридичними проблемами, тому в таких дослідженнях частіше використовують індуковані плюрипотентні стовбурові клітини. Однак клітини, взяті у ембріона багато років тому, завдяки спеціальним методам зберігання і завдяки їх власному безсмертю (потенційно вони можуть жити і розмножуватися нескінченно довго), теж можуть бути використані в подібного роду експериментах.
Суть завдання полягала в тому, щоб провести стовбурові клітини через кілька послідовних стадій розвитку шлунка. Спочатку був сформований так званий внутрішній зародковий листок, або ентодерма, що утворюється на найбільш ранніх етапах розвитку ембріона. Клітини ентодерми, хоча і кілька втрачають у «всемогуті», ще можуть дати початок самим різним органам, не тільки шлунку, але і легким, печінки, підшлунковій залозі.
На наступному кроці спеціалізації така штучна ентодерма отримувала сигнал перетворитися на трубку - прототип шлункового мішка. (Під сигналом треба розуміти чергову порцію особливих білків, що зв'язуються з клітинними рецепторами і змінюють активність генів.) Власне, це і стало головним результатом експерименту: плоску клітинну структуру вдалося перетворити на тривимірну. Таке перетворення відбувається і зі звичайним зародком, але в лабораторних умовах відтворити стадію переходу від 2D в 3D неймовірно складно. Не буде перебільшенням сказати, що такий перехід став одним з головних завдань у сучасній біології розвитку, вирішувати яку намагалися різними способами. Особливо це стосується складних органів, зі складною внутрішньою структурою, що складається з декількох типів клітин і пронизаних кровоносними судинами. Наприклад, нещодавно дослідники з Массачусетської лікарні в Бостоні (США) використовували для отримання тривимірної нирки сполучний каркас, який обростав потрібними клітинами, а їхні колеги з Інституту Солка (США) з тією ж метою додавали до зростаючого органу спеціалізовані клітини із зрілої нирки (обидві роботи з 3D-ниркою вийшли минулого року). Були також спроби збирати тривимірні зразки живої тканини за допомогою 3D-принтера. Інтерес до цієї проблеми цілком зрозумілий - всі наші клітини функціонують у тривимірному оточенні сусідів, в об'ємних органах, ми ж вивчаємо їх у плоских клітинних культурах, і тому багато особливостей взаємодії клітин між собою залишаються від нас прихованими.
Автори роботи вважають за краще називати те, що у них вийшло, не шлунком, але шлунковим органоїдом. Хоча всередині у нього є характерні складки, деякі важливі ознаки справжнього шлунка у нього відсутні. Наприклад, у ньому є ділянка, що контролює роботу кислотного відділу та травних ферментів, але немає власне кислотної ділянки. Однак навіть у такому вигляді «мінішлунок» може бути прекрасним об'єктом як для вивчення нормального ембріонального розвитку шлунка (де досі є багато білих плям), так і для дослідження хвороб. Так, у своїй статті в Nature автори описують реакцію шлункового органоїду на відому бактерію Helicobacter pylori, яка часто служить причиною розвитку гастритів, язв і навіть раку. Бактерії вистачило доби, щоб спровокувати ранні етапи гастриту і активувати один з онкогенів, причому поширення інфекції і реакція органоїда на неї виявилася майже такою ж, як у звичайного шлунка.
Буквально пару тижнів тому та ж команда з Медичного центру при дитячій лікарні Цинциннаті випустила в Nature Medicine іншу статтю, в якій описувала кишковий людський органоїд, також отриманий зі стовбурових клітин людини, але пересаджений потім у мишу. Причому не в кишечник миші, а в нирку, де людський органоїд міг отримати з кров'ю достатньо поживних речовин для подальшого розвитку. Сама миша була відповідним чином промодифікована, щоб її імунітет не атакував чужорідну тканину. Зрозуміло, в перспективі такі методи можуть дозволити нам вирощувати різні органи для пересадки, не боячись відторгнення (адже вирощувати їх будуть з власних клітин пацієнта, переведених в стовбуровий стан), але станеться це, мабуть, ще не скоро.