Miniaturowe narządy na płytce
Organoidy są trójwymiarowymi strukturami zbudowanymi z dorosłych komórek, które naśladują tkankę pochodzenia pod względem podstawowej organizacji i funkcji. Powstają one z tkankowo swoistych komórek macierzystych, małej subpopulacji komórek, które znajdują się w każdym organie i mogą regenerować się przez całe życie. Obecne systemy badań przesiewowych leków in vitro wykorzystują linie komórkowe pochodzące z nowotworów, komórki pierwotne lub zwierzęta, ale żadna z nich nie jest idealna. Aby rozwiązać ten problem, naukowcy z finansowanego ze środków UE projektu TOXANOID zaproponowali opracowanie organoidów do jelita cienkiego i wątroby, które mogłyby być wykorzystywane do badań przesiewowych leków. Jest to pierwsza dotacja ERBN na realizację prac „Proof of Concept” dla badacza Hansa Cleversa, w ramach projektu STEMCELLMARK, który umożliwił zidentyfikowanie molekularnego markera komórek macierzystych tkanek w wielu narządach. „Na podstawie naszych wcześniejszych ustaleń byliśmy w stanie rozwijać i rozszerzać organoidy nabłonkowe z pojedynczych komórek macierzystych dokonujące ekspresji markera Lgr5”, wyjaśnia dr Helmuth Gehart, kluczowy członek zespołu w projekcie. Wykorzystywanie zalet organoidów Organoidy mają wiele zalet w porównaniu z istniejącymi systemami in vitro. Podobnie jak linie komórkowe, oferują one duże możliwości namnażania i w związku z tym stanowią zasadniczo nieograniczony zasób. Co ważne, w przeciwieństwie do linii komórkowych, naśladują one zdrowe tkanki i zawierają enzymy niezbędne do metabolizmu związków farmakologicznych. Ponadto pozwalają na pokonanie problemów związanych z niedoborem komórek pierwotnych, zmiennością w poszczególnych partiach oraz wyzwaniami w zakresie hodowli in vitro. Co więcej, organoidy pomagają przezwyciężyć kwestie etyczne związane z testami na zwierzętach, a ich ludzkie pochodzenie pozwala uniknąć fałszywie dodatnich lub ujemnych wyników z powodu różnic gatunkowych. Łącznie cechy te sprawiają, że organoidy nadają się do testów standardowych, takich jak te wymagane do testowania bezpieczeństwa i skuteczności związków farmaceutycznych. „Organoidy przypominają komórki pierwotne pod względem formy i funkcji, a zatem naśladują organ pochodzenia. Istnieje szerokie spektrum zastosowań tych miniaturowych organów, począwszy od modelowania chorób, opracowywania leków i medycyny regeneracyjnej, a skończywszy na testowaniu nowych metod leczenia pod kątem bezpieczeństwa”, kontynuuje dr Gehart. Zespół z powodzeniem opracował systemy organoidowe dla wielu narządów, w tym jelita cienkiego, jelita grubego i wątroby. Pomimo różnic w warunkach hodowli, wszystkie one charakteryzują się wysoką proliferacją i zdolnością do formowania różnych komórek nabłonkowych narządu macierzystego. W trakcie prac naukowcy wykazali wykonalność wykorzystania testów organoidowych do badania toksyczności leku w jelicie i wątrobie. Organoidy przewyższały linie komórkowe, takie jak komórki HepG2, i zachowywały się w sposób zbliżony do komórek pierwotnych, wykazując zdolność do metabolizmu leków w prostym i niedrogim teście in vitro. Naukowcy musieli stawić czoła pewnym wyzwaniom związanym z trójwymiarowym charakterem organoidów. W tym kontekście stworzono nowe badanie, które zostało przetestowane przy użyciu znanych związków toksycznych i nietoksycznych i dało wysoce odtwarzalne wyniki. Przyszłość organoidów Ogólnie rzecz biorąc, badanie TOXANOID wykazało, że opracowana technologia może przewyższać obecne systemy in vitro i zastąpić znaczną część badań toksykologicznych na zwierzętach. Ponadto, organoidy pomagają zrozumieć, w jaki sposób tkanki pobierają i rozkładają związki farmakologicznie czynne. „W oparciu o wyniki badań TOXANOID pracujemy obecnie nad kolejnym projektem ERBN, ORGANOID, który ma pójść o krok dalej w odniesieniu do naszych mini-jelit hodowanych”, tłumaczy dr Gehart. Celem tego projektu jest określenie wpływu mikrobiomu i układu odpornościowego na jelito poprzez przeanalizowanie ich interakcji w zdrowej i chorej tkance. Wreszcie naukowcy planują skupić się na lekach, które w przeszłości zostały błędnie zidentyfikowane w konwencjonalnych badaniach toksyczności, oraz promować swoją technologię opracowywania leków. W tym celu ściśle współpracują z partnerami przemysłowymi, dążąc do rozszerzenia zastosowań organoidów w rzadkich chorobach genetycznych, takich jak mukowiscydoza, czy w medycynie spersonalizowanej.
Słowa kluczowe
TOXANOID, organoidy, komórki macierzyste, przesiewowe badania leków