Новая технология молекулярной инженерии позволяет создавать сложные органоиды
Новая технология молекулярной инженерии позволяет точно влиять на развитие органоидов. Для этого используются микрогранулы из специально свернутой ДНК, которые высвобождают факторы роста или другие сигнальные молекулы внутри тканевых структур. Это позволяет получать значительно более сложные органоиды, которые лучше имитируют соответствующие ткани и имеют более реалистичный клеточный состав, чем раньше.
Технологию разработала междисциплинарная исследовательская группа из кластера передового опыта "3D Matter Made to Order", в которую вошли исследователи из Центра изучения организмов и Центра молекулярной биологии Гейдельбергского университета, центра BioQuant того же университета, а также Института медицинских исследований Макса Планка в Гейдельберге.
Исследование опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.
Органоиды — это миниатюрные, похожие на органы тканевые структуры, полученные из стволовых клеток. Они используются в фундаментальных исследованиях для получения новых знаний о развитии человека или изучения развития заболеваний.
"До сих пор не было возможности контролировать рост таких тканевых структур изнутри", — заявляет доктор Кассиан Афтинг, врач-ученый из Центра изучения организмов (COS).
"С помощью новой технологии мы теперь можем точно определять, когда и где в растущей ткани высвобождаются ключевые сигналы развития", — подчеркивает Тобиас Вальтер, биотехнолог и докторант Центра молекулярной биологии Гейдельбергского университета (ZMBH) и Института медицинских исследований Макса Планка в Гейдельберге.
Междисциплинарная исследовательская группа биологов, врачей, физиков и материаловедов создала микроскопически маленькие гранулы из ДНК, которые можно "загружать" белками или другими молекулами. Эти микрогранулы вводятся в органоиды и высвобождают свой груз под воздействием УФ-света. Это позволяет высвобождать факторы роста или другие сигнальные молекулы в любое заданное время и в любом месте развивающейся ткани.
Исследователи протестировали процесс на ретинальных органоидах японской рыбки медаки, точно вводя в ткань микрогранулы, загруженные сигнальной молекулой Wnt. Впервые им удалось индуцировать образование клеток пигментного эпителия сетчатки — наружного слоя сетчатки — рядом с нейрональной тканью сетчатки. Ранее добавление Wnt в культуральную среду индуцировало образование пигментных клеток, но подавляло развитие нейрональной сетчатки.
"Благодаря локализованному высвобождению сигнальных молекул нам удалось добиться более реалистичного смешения типов клеток, тем самым более точно имитируя естественный клеточный состав глаза рыбы, чем при использовании обычных клеточных культур", — объясняет профессор д-р Керстин Гёпфрих, исследователь в области синтетической биологии в ZMBH и Институте медицинских исследований Макса Планка.
По словам ученых, ДНК-микрогранулы можно гибко адаптировать для транспортировки множества различных сигнальных молекул в различных типах культивируемых тканей.
"Это открывает новые возможности для создания органоидов с улучшенной клеточной сложностью и организацией", — заявляет профессор д-р Иоахим Виттбродт, который руководил исследовательской работой вместе с профессором Гёпфрих.
"Более совершенные модели органоидов могут ускорить исследования развития и заболеваний человека и потенциально привести к улучшению исследований лекарств на основе органоидов", — заявляет гейдельбергский биолог развития, исследовательская группа которого находится в COS.
Новая технология создания более сложных органоидов была разработана в кластере передового опыта "3D Matter Made to Order", который совместно управляется Гейдельбергским университетом и Технологическим институтом Карлсруэ.