Микроорганосферы

Органоиды следующего поколения

Максим Чубик, PCR.news

Не так давно у исследователей появилась возможность изучать не только двумерные клеточные культуры, но и трехмерные тканевые структуры, или органоиды. После появления первого органоида произошел быстрый прогресс в искусственном выращивании органоидов, в том числе с помощью микрофлюидных технологий.

Группа ученых из США, Германии и Нидерландов предложила использовать капельную микрофлюидику для получения органоидов — микроорганосфер (MOS) из линий клеток или биоптатов пациентов. MOS можно использовать при изучении механизмов иммунной терапии, взаимодействий в системе патоген-хозяин, а также для высокопроизводительного скрининга потенциальных лекарственных препаратов.

MOS представляют собой миниатюрные 3D-модели тканей, инкапсулированные в капли малого объема. Для производства MOS авторы разработали микрофлюидное устройство, в котором происходит смешивание необходимого количества клеток с коммерческими реагентами: Cultrex BME или Matrigel (природный белковый экстракт, получаемый из секрета клеток мышиной саркомы). Устройство включает модуль охлаждения, который предотвращает затвердевание смеси во время образования MOS, и нагревательный модуль для ускорения затвердевания на финальном этапе.

Кроме того, ученые разработали новый метод деэмульгации с применением мембраны из гидрофобного поливинилиденфторида, который позволяет быстро и эффективно выделять готовые MOS из эмульсии. В исследовании с использованием индуцированных плюрипотентных стволовых клетках (iPSC) в качестве клеточного компонента авторы продемонстрировали высокую жизнеспособность MOS, полученных новым методом.

Авторы создали ряд культур MOS как из патологических тканей (клеточная линия колоректального рака), так и из образцов нормальных тканей органов человека (толстый кишечник и двенадцатиперстная кишка, эмбриональная печень человека).

Все полученные MOS имели морфологию и ключевые гистопатологические характеристики, сходные с традиционными органоидами, полученными из аналогичных органов. При этом малый размер и большое соотношение поверхности к объему у MOS позволяют обеспечивать более эффективную и равномерную диффузию факторов роста, питательных веществ и кислорода к клеткам и дает MOS преимущество как в скорости роста, так и в степени жизнеспособности. Об этом свидетельствуют более крупные размеры органоидов и меньшее количество некротизированных MOS по сравнению с традиционными органоидами.

Ученые продемонстрировали, что MOS можно создавать из множества различных тканей. Они сохраняют гистопатологическую морфологию, способность к дифференцировке и генетической экспрессии, как и обычные органоиды. Например, при культивировании MOS двенадцатиперстной кишки человека органоиды сохраняли способность к дифференцировке бокаловидных и нейроэндокринных клеток. MOS можно замораживать и культивировать, как и традиционные органоиды.

MOS — перспективная платформа для изучения нюансов иммунной терапии. Так, исследователи наблюдали эффективное проникновение активированных Т-клеток в MOS и уничтожение в них опухолевых клеток. Подобная степень инфильтрации не могла быть получена с использованием обычных моделей органов. Авторы считают, что метод быстрого и недорогого создания точной модели опухоли из ограниченного количества биопсийной ткани дает возможность исследования чувствительности опухолей к терапии.

Команда ученых разработала MOS из тканей органов дыхательной и пищеварительной систем человека и заразила их SARS-COV-2, после чего провели скрининг лекарств. В отличие от обычных органоидов, MOS можно напрямую заразить вирусами без удаления и суспендирования клеток из окружающего каркаса Cultrex BME или Matrigel.

Традиционные методики массового получения органоидов требуют значительной доли ручного труда — их сложно масштабировать и автоматизировать для высокопроизводительного скрининга. Микрофлюидное устройство, спроектированное исследователями, позволяет за один технологический цикл из 500 мкл смеси клеток с коммерческим реагентом получить около 35 тысяч микроорганосфер. Используя автоматизированную систему дозирования, исследователи менее чем за 30 минут поместили полученные MOS в 1750 лунок с плотностью 20 MOS на лунку.

Авторы предложили интегрировать в автоматизированный конвейер для создания MOS систему анализа изображений, разработанную на основе технологии глубокого машинного обучения. Алгоритм системы аналитической визуализации способен различать цитотоксические и цитостатические эффекты лекарств, идентифицировать устойчивые к лекарствам опухолевые клоны, отличать опухолевые MOS от микроорганосфер, содержащих нормальные ткани. По словам исследователей, технология MOS может найти применение в самых разных областях клинической медицины.

Статья Wang et al. Rapid tissue prototyping with micro-organospheres опубликована в журнале Stem Cell Reports.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru