Если в сердечном органоиде появляются кишечные клетки, сердце получается больше похожим на настоящее.
Эмбриональное развитие сейчас всё чаще изучают с помощью органоидов — микроскопических копий кишечника, сердца, почки и даже мозга. Любой орган получается из эмбриональных стволовых клеток, которые у эмбриона не просто делятся, но и постепенно меняются, приобретая ту или иную специализацию — они становятся клетками мышц, печени, кожи и т. д. Проследить за развитием целого эмбриона в пробирке пока невозможно (хотя работы тут идут полным ходом), зато можно воссоздать микроорган — органоид. На самом деле такие органоиды чаще представляют собой не весь орган, но какую-то часть, например, нефрон (структурную единицу почки), или зачаток коры полушарий мозга. Но и этого бывает достаточно, чтобы понять общие закономерности развития, а заодно испытать на органоиде те или иные лекарственные или потенциально ядовитые вещества.
Сотрудники Гладстоновского института, экспериментировавшие с сердечным органоидом, обнаружили, что он формируется лучше, если рядом с ним начинает формироваться органоид кишечный. Они работали с так называемыми индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками человека — они образуются из обычных, специализированных клеток, которые сначала с помощью нескольких молекулярных сигналов обращают в стволовое состояние, а потом с помощью уже другого молекулярного коктейля направляют в ту или иную специализацию. Специализация может быть любой, поэтому их называют плюрипотентными (грубо говоря, «всемогущими»), а индуцированные – поскольку все превращения происходят с подачи экспериментатора.
Исследователи пытались так подействовать на индуцированные столовые клетки, чтобы из них получились не только клетки сердечной мышцы, но и другие клетки, которые тоже есть в сердце. Перебирая различные наборы молекулярных сигналов, они в какой-то момент обнаружили, что в формирующемся органоиде есть не только клетки сердца, но и клетки кишечника. В статье в Cell Stem Cell говорится, что с кишечником сердце получалось лучше: его структура была более сложной и больше напоминала настоящее сердце — например, в органоиде появлялось нечто, похожее на кровеносные сосуды, питающие сердечную мышцу. В органоидном сердце, формировавшемся бок о бок с кишечными клетками, клетки были разнообразнее, и их пропорции друг относительно друга, а также электрические свойства тех, у кого такие свойства должны быть, опять же в большей степени напоминали настоящее сердце развивающегося плода. А вот без кишечных клеток по соседству органоидное сердце как будто замирало на более ранней стадии развития.
Кишечные клетки были там тоже не просто так — они формировали структуры, напоминающие структуры тонкого кишечника. По большому счёту у исследователей получился двойной органоид, в котором клеточные структуры сердца и кишечника интенсивно общались между собой разнообразными химическими сигналами. Двойной органоид прожил целый год, что необычайно долго для подобных структур.
Разумеется, даже в таком виде органоидное сердце и органоидный кишечник довольно сильно отличаются от сердца и кишечника в настоящем эмбрионе. Тем не менее, двойной органоид — более естественное состояние, чем органоид какого-то одного органа, который сам по себе плавает в лабораторной питательной среде. В настоящем эмбрионе все органы развиваются вместе, в тесном контакте и тесном общении друг с другом, так что двойной органоид помогает лучше понять детали того, что происходит при эмбриональном развитии.
Автор: Кирилл Стасевич