Учёные впервые напечатали 3D-структуры внутри растущих органоидов в гидрогелях

Учёные из NIHR Great Ormond Street Hospital Biomedical Research Centre (Великобритания) и Университета Падуи (Италия) впервые продемонстрировали, как можно осуществлять 3D-печать внутри «мини-органов» (органоидов), растущих в гидрогелях, контролируя их форму, активность и направляя рост тканей в «формы».

Эта технология позволит точнее изучать клетки и органы, создавать реалистичные модели органов и заболеваний, а также лучше понимать, как рак распространяется через разные типы тканей.

Органоиды — микроскопические версии органов (желудка, кишечника, лёгких) — обычно растут неконтролируемо и не воспроизводят сложную структуру настоящих органов. Форма и структура органа так же важны, как и его клеточный состав.

Исследование, опубликованное в Nature Communications, показывает, как учёные могут создавать твёрдые структуры внутри существующего геля, затвердевая определённые паттерны в реальном времени с помощью света высокоточного микроскопа. Это направляет рост любых клеток или целых органоидов в геле по заданному точному пути.

Цель — воссоздать и изучить, что происходит с функцией органа, если он развивается неправильно, например, при многих пороках, формирующихся на ранних сроках беременности.

Эта работа должна привести к созданию лучших моделей заболеваний, повышению надёжности исследований, качества результатов и в перспективе — к сокращению экспериментов на животных. Технология также может лечь в основу терапии с использованием биологически точных «заплаток» для живых органов.

Примеры применения «печати»:

• Упорядоченные клетки: Для изучения нейронов мозга. Техника позволяет создавать затвердевшие гелевые «направляющие», по которым нейроны растут упорядоченно, а не беспорядочным клубком.
• Заданные формы: Для создания микроскопических кишечников, повторяющих форму реальных. Учёные создали сложную гидрогелевую форму, направляющую органоиды в структуры, имитирующие крипты и ворсинки развивающегося кишечника.
• Создание ветвлений: Учёные смогли создать паттерн в гидрогеле, который заставил клетки лёгких формировать ветвящиеся структуры, как в настоящем лёгком.
• Распространение рака: Чтобы изучить, как рак перемещается через ткани разной плотности, команда создала затвердевшие гелевые «клетки» вокруг раковых клеток и наблюдала, как их движение меняется в зависимости от плотности окружения.

Цитаты исследователей:

• Др. Джованни Джоббе (UCL): «Было удивительно наблюдать, как эти точные структуры начинают формироваться у нас на глазах благодаря нашим небольшим, но тщательным корректировкам полимерного геля».
• Др. Анна Урчуоло (Университет Падуи): «Эта работа — пример междисциплинарного подхода, который взрывообразно развивается в биомедицинских исследованиях».
• Проф. Паоло Де Коппи (GOSH, UCL): «Это отличный пример того, как междисциплинарные международные команды могут объединиться для улучшения исследований и пользы пациентов».

Следующие шаги — изучение этих контролируемых и направленных мини-органов, чтобы понять, насколько точно они могут имитировать реальные органы и состояния в организме.