Разработка биотехнологических методов синтеза искусственной печени — на завершающем этапе

В течение довольно продолжительного времени ученые пребывают в состоянии изнурительного напряжения из-за недостижимости создания искусственной ткани печени для применения в трансплантологии.

Прометей, мифологический персонаж, похитивший огонь у богов, в качестве наказания за кражу был прикован к скале, и ежедневно прилетавший орел клевал его печень, которая к следующему дню вырастала снова для повторения мучительной пытки.

Современные ученые знают, что миф содержит изрядную долю истины, поскольку печень, в отличие от других органов, на самом деле способна к регенерации — она восстанавливается при удалении части органа.

Однако указанные уникальные свойства печени проявляются лишь в условиях живого организма. При извлечении из организма зрелые клетки печени — гепатоциты — быстро теряют свою жизнеспособность. Данный феномен является достаточно парадоксальным, поскольку гепатоциты, обладая способностью к росту, по каким-то причинам вне живого организма эту способность утрачивают.

Результаты работы ученых из Кембриджского института Броуда (Broad Institute), Массачусетс, США, специализирующегося на исследованиях человеческого генома и молекулярных основ болезней, и Массачусетского Технологического института (Massachusetts Institute of Technology — MIT), США, опубликованы в «Nature Chemical Biology».

Авторами получен ряд химических соединений, способствующих не только поддержанию гепатоцитов в нормальном функциональном состоянии в лабораторных условиях, но также формированию новой ткани печени.

Достижение ученых может стать биотехнологической основой создания синтетической ткани печени на молекулярно-биологическом уровне с дальнейшим применением в лечении пациентов с хроническими заболеваниями печени, в частности с хроническим гепатитом С.

Хронический гепатит С, которым болеет около 7% населения планеты, в настоящее время является глобальной медико-­социальной проблемой, требующей радикальных шагов по ее разрешению.

Печень, один из самых сложных органов, выполняет в организме человека около 500 различных функций, которые условно можно разделить на 4 категории: детоксикация лекарственных препаратов, синтез и расщепление макроэргических соединений, белковый синтез и желчеобразование.

Авторами исследованы уровни экспрессии 83 печеночных ферментов, выполняющих наиболее значимые функции поддержания жизнеспособности печени. После скринирования нескольких тысяч гепатоцитов, полученных от 8 разных тканевых доноров, идентифицировано 12 соединений, обеспечивающих нормальное функционирование гепатоцитов и клеточную регенерацию.

Ученым удалось достичь роста гепатоцитов в условиях in vitro с несколько замедленным ростом клеток, позволившим в короткий промежуток времени изучить эффекты воздействия 12 500 разных химических соединений на процессы функционирования и регенерации клеток печени.

В ходе изучения у двух соединений из 12 выявлена особо высокая активность влияния на гепатоциты молодых доноров, свойства этих соединений в дальнейшем апробированы на печеночных клетках, полученных путем индукции полипотентных стволовых клеток. Несмотря на прежние неудачные попытки достижения синтеза зрелых гепатоцитов из полипотентных стволовых клеток, найденные соединения оказались эффективными в достижении необходимого результата. Планируется продолжить изучение эффектов данных химических соединений по синтезу зрелых клеток других типов.

Одновременно команда ученых намерена имплантировать опытные образцы клеток печени в ткани живых мышей для изучения возможности их дальнейшего применения в качестве тканевого трансплантата.

Достигнут определенный прогресс на пути разрешения еще одной проблемы в контексте гепато-инжиниринга, в частности, речь идет о стимуляции неоангиогенеза в организме реципиента искусственной печени для обеспечения ее адекватного крово­снабжения.

В результате совместной работы с учеными из Пенсильванского университета (University of Pennsylvania), США, проблема успешно решена путем имплантации в искусственную ткань печени пула преформированных эндотелиальных клеток. Данная методика позволяет достичь быстрого роста имплантированных клеток с формированием кровеносных сосудов в ткани печени.

Дальнейшие разработки новой системы по созданию 3D-режима синтеза искусственной печени со сверхточным конт­ролем локализации различных типов клеток в новой ткани выполнены в сотрудничестве с группой ученых из Университета Торонто (University of Toronto), Канада. Методика обеспечивает более эффективное функционирование синтетической печеночной ткани и ее взаимодействие с аутентичной тканью печени реципиента.

Полученные результаты являются существенным шагом на пути решения двух основных проблем гепато-инжиниринга — синтеза достаточного количества жизнеспособных клеток печени вне организма и пересадки синтетической ткани печени в организм реципиента.

Ученые планируют также проведение исследований по изучению свойств указанных активных соединений на предмет синтеза лекарственных препаратов для стимуляции репаративных процессов в печени без трансплантации органа.

Jing S. et al. (2013) Identification of small molecules for human hepatocyte expansion and iPS differentiation. Nat. Chem. Biol., June 02 [Epub ahead of print].

Massachusetts Institute of Technology (2013) A step closer to artificial livers: Researchers identify compounds that help liver cells grow outside body. ScienceDaily, June 4 (www.sciencedaily.com/releases/2013/06/130602144612.htm).

Mientka M. (2013) Next Regeneration: Artificial Livers May Soon Be Ready For Transplant. Medical Daily, Jun 01 (www.medicaldaily.com/articles/16108/20130601.htm).

Ольга Федорова