Новый метод культивирования органоидов позволяет оценить токсичность наноматериалов для человека

Корейский институт исследований и стандартов (KRISS) разработал первый в мире метод культивирования органоидов, способный точно оценивать токсичность наноматериалов для человека. Преодолевая ограничения традиционного метода, эта технология может ускорить коммерциализацию оценки безопасности наноматериалов и наномедицины на основе органоидов.

Исследование опубликовано в журнале Nano Letters.

Проблема традиционного метода

Органоид — это миниатюрная версия органа, выращенная из человеческих стволовых клеток in vitro. Они эффективно имитируют человеческий организм и рассматриваются как средство оценки токсичности нового поколения, заменяющее тесты на животных. Однако их стандартизация затруднена из-за ограничений метода культивирования.

В обычном методе клетки помещают во внеклеточный матрикс, который затвердевает в форме купола, а затем добавляют питательную среду. Толщина этого купола неоднородна (в центре и по краям), что вызывает дисбаланс в снабжении кислородом. В результате органоиды растут неравномерно, агрегируют внутри купола, и их трудно разделить. Главная проблема: наноматериалы не могут проникнуть в купол, поэтому их воздействие на органоиды невозможно точно оценить.

Суть нового метода

В новом методе внеклеточный матрикс напрямую смешивают с питательным раствором, и органоиды культивируются во взвешенном состоянии.

Этот метод подходит для коммерциализации, так как позволяет получать органоиды относительно однородного размера и легко разделять их на идентичные группы. Равномерная подготовка и деление необходимы для высокопроизводительного скрининга, когда в каждый контейнер помещают до 1000 органоидов для одновременной проверки их реакции на наноматериалы.

Ключевое преимущество: отсутствие купола из матрикса позволяет наноматериалам достигать органоидов. Скорость проникновения наноматериалов сравнима с таковой в используемой в промышленности двумерной клеточной модели. Это первый в мире метод, который позволяет подтвердить проникновение наноматериалов в органоиды.

Экспериментальная проверка

Группа нанобиоизмерений KRISS сначала культивировала органоиды три дня обычным методом. После удаления купола матрикса они перевели органоиды на взвешенное культивирование в среде, смешанной с внеклеточным матриксом в концентрации 5% (об./об.), и протестировали токсичность наноматериалов.

Органоиды обрабатывали токсичными для печени наночастицами оксида цинка (ZnO NPs) и нетоксичными наночастицами золота (AuNPs). Сравнение показало, что токсичность каждого материала можно точно наблюдать, в отличие от традиционного метода.

Значение и перспективы

Старший исследователь KRISS Ахрум Бэк заявила: «На основе наших результатов мы установим стандартные процедуры оценки безопасности наноматериалов и наномедицины с использованием органоидов, способствуя развитию наноиндустрии Кореи».

Результаты исследования могут позволить проводить быструю и точную оценку безопасности наноматериалов и наномедицины с помощью органоидов, способствуя безопасному использованию наноматериалов в различных стратегических областях техники.

Тэ Голь Ли, глава Центра метрологии нанобезопасности KRISS, отметил: «Поскольку потребность в замене испытаний на животных, требуемая Министерством безопасности пищевых продуктов и лекарств Кореи и US FDA, постоянно растет, очень важно, что мы разработали первую в мире технологию оценки безопасности наноматериалов на основе органоидов в результате конвергентных и совместных исследований с больницей».