Простые, но революционные модульные органоиды, созданные с помощью гидрогелей

Команда под руководством Масаи Хагисавы из японского института RIKEN разработала оригинальное устройство, использующее слои гидрогелей в кубической структуре. Оно позволяет исследователям создавать сложные 3D-органоиды без применения сложных техник. Группа также недавно продемонстрировала возможность использования устройства для создания органоидов, точно воспроизводящих асимметричную экспрессию генов, характерную для реального развития организмов. Устройство может революционизировать тестирование лекарств, дать представление о развитии тканей и привести к улучшению методов выращивания искусственных органов.

Создание реалистичных органоидов — тканей, подобных органам, — было сложной задачей. В природе ткани развиваются под влиянием химических градиентов и физических каркасов. В лаборатории органоиды обычно выращивают в однородных условиях (получая простые шарики клеток) или с помощью 3D-печати и микрофлюидных технологий, требующих сложного оборудования.

В статье в Advanced Materials Technologies группа из RIKEN представила новую технику, позволяющую пространственно контролировать среду вокруг групп клеток на основе кубов, используя лишь пипетку.

Метод включает размещение слоёв гидрогелей с разными физико-химическими свойствами внутри кубического сосуда для культивирования. Разные гидрогели вносили пипеткой, и они удерживались на месте за счёт поверхностного натяжения. Клетки можно было помещать в кубы либо внутри отдельных гидрогелей, либо в виде пеллет, способных перемещаться между слоями, что позволяет создавать различные типы тканей.

В другой статье, в Communications Biology, группа продемонстрировала возможность воссоздания паттернирования оси тела — паттерна дифференцировки клеток "голова/хвост" и "спина/живот" при развитии позвоночных. Это крайне важно для создания реалистичных органоидов, но в лаборатории достичь этого было очень трудно.

Используя кубическую систему, группа смогла воссоздать это паттернирование. С помощью формованной крышки они точно поместили группу индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSCs) в куб, а затем подвергли клетки воздействию градиента двух разных факторов роста. Учёные даже привлекли к успешному выполнению работы лаборанта и ученика средней школы, показав, что для посева клеток не требуется высокий уровень экспертизы. Команда также показала, что полученные ткани можно срезать для визуализации, сохраняя информацию об ориентации градиента.

По словам Хагисавы, новая система позволит исследователям быстро и без серьёзных технических барьеров воссоздавать органоиды, которые больше похожи на то, как органы развиваются в реальных организмах. Метод может быть использован для создания различных новых органоидов и в конечном итоге — для понимания того, как можно строить искусственные органы для пациентов.