Прозрачные человеческие органы позволяют создавать 3D-карты на клеточном уровне

Впервые исследователям удалось сделать целые человеческие органы прозрачными. С помощью микроскопической визуализации они выявили сложные внутренние структуры прозрачных органов на клеточном уровне. Полученные карты органов могут служить шаблонами для технологий 3D-биопечати. В будущем это может привести к созданию искусственных органов по требованию для многих нуждающихся пациентов. Результаты опубликованы в журнале Cell.

Недавние разработки в области очистки тканей позволили получить первые 3D-изображения целых прозрачных органов мыши на клеточном уровне. Однако эти методы не были применимы к человеческим органам, которые особенно жесткие из-за накопления нерастворимых молекул (например, коллагена) за годы или десятилетия.

Команда обнаружила, что детергент CHAPS может создавать маленькие отверстия по всей толще жестких человеческих органов. Это позволяет дополнительным растворам проникать глубоко в сантиметровые слои и превращать органы в прозрачную структуру.

После этого команде пришлось решить задачи визуализации и анализа огромного объема данных. Они разработали новый лазерно-сканирующий микроскоп Ultramicroscope Blaze с большой емкостью для образцов, который позволил визуализировать органы размером с почку. Совместно с профессором Бьёрном Менце из TUM были созданы алгоритмы глубокого обучения для анализа сотен миллионов клеток в 3D.

Исследователи назвали новую технологию SHANEL (Small-micelle-mediated Human orgAN Efficient clearing and Labeling). По словам доктора Али Эртюрка, SHANEL может стать ключевой технологией для картирования целых человеческих органов, что ускорит понимание их развития и функции в здоровье и при болезнях.

Конечная цель: 3D-биопечать искусственных органов

Клеточные карты человеческих органов могут быть использованы для создания крупных тканей и органов с помощью технологий 3D-биопечати. Команда Эртюрка сейчас работает над картированием основных человеческих органов, начиная с поджелудочной железы, сердца и почки.

"Существует огромный дефицит донорских органов для сотен тысяч людей, — говорит Эртюрк. — Подробные знания о клеточной структуре человеческих органов приближают нас на важный шаг к созданию функциональных искусственных органов по требованию".