Следующее поколение пациент-аватаров: Расширение возможностей с помощью микроорганосфер

Команда учёных под руководством доктора философии Силинга Шена, главного научного сотрудника и профессора Института биомедицинских инноваций Терасаки (TIBI), достигла нового уровня в разработке моделей пациентов. Они усовершенствовали методы генерации микроорганосфер (MOS) и показали, что эти MOS обладают превосходными возможностями для различных клинических применений. Как описано в недавней публикации в Stem Cell Reports, их MOS можно использовать в качестве пациент-аватаров для исследований, включающих прямую вирусную инфекцию, проникновение иммунных клеток и высокопроизводительный скрининг терапевтических препаратов, что недостижимо с помощью обычных моделей, полученных от пациентов.

Команда доктора Шена разработала эмульсионную микрофлюидную технологию для создания MOS — крошечных нанолитровых капель базальной мембранной экстракции (BME), состоящих из смесей тканевых клеток, которые могут генерироваться с высокой скоростью на автоматизированном устройстве. После создания капель избыток масла удаляется с помощью инновационного процесса мембранного демульгирования, оставляя тысячи вязких капель одинакового размера, содержащих крошечные 3D-тканевые структуры.

Команда продемонстрировала уникальные возможности и особенности MOS в нескольких экспериментах, проведённых впервые. Они показали, что MOS можно создавать из различных источников ткани, а полученные MOS сохраняли гистопатологическую морфологию, способность к дифференцировке и генетической экспрессии, а также возможность замораживания и субкультивирования, как и обычные органоиды.

Были проведены эксперименты по тестированию возможности заражения MOS вирусами. В отличие от обычных органоидов, MOS можно напрямую инфицировать вирусами без удаления и суспендирования клеток из окружающего их каркаса BME, что воспроизводит процесс вирусной инфекции ткани хозяина. Команде доктора Шена удалось создать атлас MOS из тканей дыхательных путей и пищеварительного тракта человека, полученных при аутопсии пациентов, инфицировать их вирусами SARS-COV-2, а затем провести скрининг лекарств для выявления препаратов, блокирующих вирусную инфекцию и репликацию в этих тканях.

MOS также предоставляют уникальную платформу для изучения и разработки иммунотерапии клетками. В пределах естественного предела диффузии васкуляризированной ткани, MOS, полученные из опухоли, обеспечивали достаточное проникновение терапевтических иммунных T-клеток, таких как CAR-T, что позволило создать новый анализ активности T-клеток для оценки уничтожения опухоли инженерными T-клетками. Такая модель была бы чрезвычайно полезна для исследования чувствительности опухоли и разработки противоопухолевой иммунотерапии клетками.

MOS можно дополнительно интегрировать с анализом изображений на основе глубокого обучения для быстрого тестирования лекарств на небольших и гетерогенных клинических биоптатах опухоли. Более того, алгоритм смог различить цитотоксические и цитостатические эффекты лекарств, а также резистентные клонов, которые приведут к последующему рецидиву. Эта прорывная возможность проложит путь для использования MOS в клинике для обоснования терапевтических решений.

«Доктор Шен и его команда продолжают совершенствовать и улучшать технологию MOS и подчёркивать её универсальность не только как физиологической модели для скрининга потенциальных персонализированных методов лечения, но и для изучения заболеваний и множества других применений», — сказал доктор философии Али Хаджемхоссейни, директор и генеральный директор TIBI. — «Похоже, это волна будущего для прецизионной медицины».