Уже больше десяти лет ученые выращивают органоиды — крошечные скопления клеток, которые имитируют настоящие органы. Мозговые органоиды помогают изучать нарушения развития нервной системы, кишечные — моделировать целиакию, а легочные — исследовать SARS-CoV-2. Сердечные органоиды даже отправляли в космос, чтобы проверить, как невесомость влияет на мышцу сердца. Но есть проблема: органоиды не могут вырасти больше кунжутного семечка.

В отличие от живой ткани в организме, у них нет кровеносных сосудов, которые доставляют кислород и питательные вещества к каждой клетке. Если органоид достигает 3 мм в диаметре, он перестает получать достаточно ресурсов из окружающей среды и погибает.

Когда органоиды достигают определенного размера, их центр отмирает — туда просто не попадает кислород, — объясняет Оскар Абилез, старший научный сотрудник отделения детской кардиохирургии.

Но в новом исследовании, опубликованном в Science, команде из Стэнфорда удалось вырастить сердечные и печеночные органоиды с настоящими кровеносными сосудами.

Это может снять ограничение по размеру.

Как это сделали

Ученые перебрали 34 варианта «рецептов» выращивания клеток, комбинируя разные факторы роста. Лучший из них — условно „рецепт №32“ — дал органоиды с тремя ключевыми типами клеток:

• кардиомиоцитами (клетки сердечной мышцы),
• эндотелиальными клетками (выстилают сосуды),
• гладкомышечными клетками (окружают сосуды).

Под микроскопом органоиды выглядели как миниатюрные сердца с сетью капилляров. Более того, в них обнаружили почти все клетки, которые есть в шестинедельном эмбриональном сердце.

Зачем это нужно

Сейчас в клинических испытаниях пациентам с сердечной недостаточностью пересаживают выращенные в лаборатории кардиомиоциты. Но настоящая сердечная ткань сложнее — в ней есть и сосуды, и соединительные клетки. В будущем, возможно, удастся пересаживать целые сосудистые органоиды, которые смогут приживаться в организме.

Кроме того, такие модели помогут изучать ранние этапы развития эмбриона — то, что сейчас остается «черным ящиком» из-за этических ограничений. Например, ученые проверили, как фентанил влияет на органоиды, и обнаружили, что он стимулирует рост сосудов.

Метод уже адаптировали для печени, и в перспективе его можно применить к любым органам.

Почти все в нашем теле пронизано сосудами, — говорит Абилез.

Этот прорыв решает главную проблему органоидных технологий — невозможность масштабирования. Сосудистая сеть не только позволяет увеличить размер моделей, но и делает их более физиологически точными. Теперь можно:

• Лучше изучать врожденные патологии и тестировать лекарства без риска для пациентов.
• Создавать более совершенные трансплантаты для регенеративной медицины.
• Моделировать процессы, которые раньше были недоступны для экспериментов, например, влияние наркотиков на развитие плода.

Пока неясно, насколько устойчивы эти сосуды в долгосрочной перспективе и смогут ли они интегрироваться в организм при трансплантации. Кроме того, метод требует дорогих реактивов и сложного контроля условий выращивания, что пока ограничивает его массовое применение.

Ранее ученые сообщили, что новый метод молекулярной инженерии позволит создавтаь сложные органоиды.