Поява мініатюрних моделей жирової печінки людини в 3D, створених в лабораторії медицини та науки

Олександра Коллін де л'Гортет 1 * та Хелен Гілгенкранц 2

поява

1 Кафедра патології Університету Пітсбурга, Пітсбург, Пенсільванія, США
2 Паризький університет, Центр дослідження запалення, Inserm-UMR1149, 75018 Париж, Франція

Органоїди - це найкращий підхід для моделювання принаймні хвороби людини та перевірка терапевтичної ефективності певних препаратів. Метаболічна стеатопатія або жирова хвороба печінки, частота яких значно зросла із збільшенням ожиріння у розвинених країнах, характеризується накопиченням тригліцеридів у гепатоцитах та ураженням печінки, які можуть перерости у фіброз. Ефективного лікування не існує, але досліджується багато шляхів. Дві американські команди нещодавно використовували індуковані плюрипотентні стовбурові клітини (iPS) та мутиклітинні культури для моделювання стеатотичної міні-печінки за двома різними підходами, пропонуючи, таким чином, нові інструменти для тестування препаратів, що розробляються.

Органоїди пропонують елегантний підхід до моделювання захворювань людини та тестування нових препаратів. Безалкогольна жирова хвороба печінки (НАЖХП), захворюваність якої різко зросла за останні роки із зростанням ожиріння, визначається накопиченням тригліцеридів у гепатоцитах, запаленням, пошкодженням печінки та прогресуванням до фіброзу. В даний час затвердженої терапії немає, але багато шляхів вивчаються. Дві американські команди створили міні-стеатотичну печінку, використовуючи різні підходи, обидва використовуючи індуковані плюрипотентні стовбурові клітини (iPS), пропонуючи таким чином нові інструменти для тестування препаратів, що розробляються.


Стаття, опублікована на умовах, визначених ліцензією Creative Commons Attribution CC-BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0), яка дозволяє без обмежень використання, розповсюдження та відтворення на будь-якому носії, який за умови правильного цитування з оригінальної публікації.

Глобальна епідемія ожиріння викликає тривожне збільшення кількості людей з жировою хворобою печінки, також відомою як НАЖХП (безалкогольна жирова хвороба печінки) [1]. НАЖХП характеризується надмірним накопиченням тригліцеридів у гепатоцитах. Це може перерости в стеатогепатит або NASH (безалкогольний стеатогепатит), потім до цирозу та його ускладнень, гепатокарциноми та гепатоцелюлярної недостатності. Це захворювання протікає безсимптомно на стадіях НАЖХП та НАСГ, що часто затримує діагностику. Його вивчення також ускладнене завдяки, з одного боку, багатофакторному походженню, що поєднує в собі екологічний (малорухливий спосіб життя, дієта) та генетичні фактори (схильність метаболічних регуляторів печінки) [2], а з іншого боку, актуальність мишачих моделей, які в основному використовуються, але харчування та обмін речовин яких відрізняються від людських [3]. Таким чином, терапевтичні випробування молекул, отримані в результаті доклінічних досліджень, найчастіше призводили до непереконливих результатів, навіть іноді суперечливих [4].

Щоб подолати цю складність, з’явились нові експериментальні підходи, що поєднують новітні методи диференціації клітин з методами багатоклітинних культур [5, 6] (→).

(→) Див. Синтез Дж. Л. Гальзі та ін., РС n ° 5, травень 2019, сторінка 467

Таким чином, міні-органи людини були розроблені в лабораторії з індукованих плюрипотентних стовбурових клітин (клітин iPS) [6, 7]. Ці засоби швидко стали особливо цінними для моделювання захворювань людини. Таким чином, нещодавно два дослідження "доказу концепції" підкреслили потенціал цих нових методів у нашому розумінні НАЖХП.

IPS з дефіцитом сиртуїну для моделювання стеатотичної міні-печінки людини

У першому дослідженні, яке ми опублікували в журналі Клітинний метаболізм, Наша команда (Кафедра патології Університету Пітсбурга, США), спрямована на моделювання стеатозу на міні-органі людини. З цією метою ми досліджували роль деацетилази сиртуїну 1 (SIRT1) як метаболічного регулятора у розвитку НАЖХП [8]. Насправді відомо, що SIRT1 виконує захисну роль щодо стеатозу печінки, модулюючи різні метаболічні сигнальні шляхи, зокрема в жировій тканині та печінці. Він також відіграє протизапальну роль у клітинах макрофагів, що пояснює, чому за його відсутності запалення та окислювальний стрес сприяють прогресуванню НАЖХП до НАСГ [9] (→).

(→) Див. Новини Х. Гілгенкранца та К. Перре, РС n ° 3, березень 2012 р., сторінка 269

Тому ми модифікували людські клітини iPS для контролю експресії SIRT1 на вимогу. Для побудови міні-печінки людини ми використовували техніку децелюляризації печінки щурів [10] (→)

(→) Див. Короткий виклад Х. Гілгенкранца, РС n ° 10, жовтень 2010 р., сторінка 819

отримати клітинний матрикс, що підтримує різні типи клітин, включаючи гепатоцити людини, отримані з IPS, макрофаги, фібробласти, мезенхімальні стовбурові клітини та ендотеліальні клітини.

Інтерес стеатотичних моделей міні-печінки при лікуванні НАЖХП. Поява моделей міні-печінки людини, отриманих з індукованих плюрипотентних стовбурових клітин, може бути використана для: (1) перевірки ролі певних генів у походженні НАЖХП шляхом генетичної модифікації здорових клітин iPS (2), модель міні- печінку зі стовбурових клітин пацієнтів із стеатотичною печінкою для тестування спеціальних методів лікування.

Для генерування таких міні-печінок використовувались людські гепатоцити, отримані з iPS і недійсні для експресії SIRT1. Аналіз останніх показав, що вони швидко поглинали краплі ліпідів, моделюючи таким чином макровезикулярну жирову хворобу печінки, що супроводжується профілем запальної відповіді асоційованих клітин. Порівняння ліпідного профілю, що міститься у цих відновлених стеатотичних міні-печінках, із людською стеатотичною печінкою, виявило перевантаження однакових ліпідів та аналіз індукованих метаболічних шляхів, активацію більшості (41 з 50) шляхів, стимульованих у стеатотична печінка людини. Для вивчення переходу між стеатогепатитом та фіброзом буде цікаво в майбутньому інтегрувати в цю модель основні клітини, що продукують позаклітинний матрикс, зірчасті клітини. Тим часом цю інноваційну стратегію генетичного модифікування клітин iPS людини для вивчення ролі певних генів вже можна було протестувати для створення інших тканин та моделювання інших захворювань.

IPS від хворих на хворобу Wollman джерело стеатотичних органоїдів печінки

Однак одним з обмежень цього дослідження для підтвердження доклінічної актуальності цього підходу є відсутність функціональної характеристики тканини, яка отримана. Ця нова технологія в майбутньому може стати персоналізованим медичним інструментом, що пропонує можливість тестування різних методів лікування за меню для кожного пацієнта.

Висновок

Незалежно від типу підходу, що використовується для моделювання NAFLD/NASH на тканинах людини, ці технології все ще є експериментальними і потребують оптимізації. Насправді диференціація гепатоцитів клітин iPS все ще здається неповною, дозволяючи отримувати лише незрілі печінкові клітини, на півдорозі між фетальними гепатоцитами та дорослими гепатоцитами. Більше того, розташування клітин, які утворюють міні-орган, не завжди є оптимальним і викликає фенотипову мінливість між моделями. Нарешті, стеатотичні міні-печінки, які ми описали тут, мають обмежений термін життя, який значно менший, ніж той, що необхідний для розвитку печінкових захворювань, спектр яких, зокрема еволюція до цирозу або гепатоцелюлярної карциноми, не існує. не відтворено у повному обсязі. Тим не менше, нестримний рівень захворюваності НАСГ та відсутність ефективного лікування для зупинки його прогресування вже повністю виправдовують використання цих моделей стеатотичної печінки людини для розуміння захворювання та розробки нових терапевтичних цілей.

Посилання, що цікавлять

Автори заявляють, що не мають ніякого інтересу стосовно даних, опублікованих у цій статті.

Список літератури

  1. Шпенглер Е.К., Лумба Р.Рекомендації щодо діагностики, направлення на біопсію печінки та лікування неалкогольної жирної хвороби печінки та неалкогольного стеатогепатиту. Mayo Clinic Proc 2015; 90: 1233–1246. [CrossRef] [Google Scholar]
  2. Берн CD, Таргер Г. НАЖХП: мультисистемне захворювання. J Hepatol 2015; 62: S47 - S64. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  3. Ван Герк М.А., Фонгія Л, Франк С.М. Тваринні моделі неалкогольної жирової хвороби печінки. Посібник для початківців. Поживні речовини 2017; 9: 1072. [CrossRef] [Google Scholar]
  4. Дінг РБ, Бао Дж, Денг СХ. Нові ролі SIRT1 при жирових захворюваннях печінки. Intern J Biol Sci 2017; 13: 852–867. [CrossRef] [Google Scholar]
  5. Galzi JL, Jouault T, Amédée J. Органоїди: міні-органи на службі біомедицини. Med Sci (Париж) 2019; 34: 467–469. [Google Scholar]
  6. Prior N, Inacio P, Huch M. Органічні речовини печінки: від фундаментальних досліджень до терапевтичного застосування. Кишка 2019; 68: 2228-2237. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  7. Beckwitt CH, Clark AM, Wheeler S, et al. Печінка, орган на чіпі. Exp Cell Res 2018; 363: 15–25. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  8. Collin de Hortet A, Takeishi K, Guzman-Lepe J, et al. Генерування жирової печінки людини з використанням індукованих плюрипотентних стовбурових клітин із модифікованим метаболізмом SIRT1. Cell Metab 2019; 30: 385–401. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  9. Гілгенкранц Х, Перрет Х. Мовчазна мовчанка 1. Med Sci (Париж) 2012; 28: 269–271. [CrossRef] [EDP Sciences] [PubMed] [Google Scholar]
  10. Gilgenkrantz H . Імплантується трансплантація печінки, отримана з децелюляризованого матриксу. Med Sci (Париж) 2010; 10: 819. [Google Scholar]
  11. Ouchi R, Togo S, Kimura M, et al. Моделювання стеатогепатиту у людей з органоїдами, що походять від плюрипотентних стовбурових клітин. Cell Metab 2019; 30: 374–384. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]

Список малюнків

Інтерес стеатотичних моделей міні-печінки при лікуванні НАЖХП. Поява моделей міні-печінки людини, отриманих з індукованих плюрипотентних стовбурових клітин, може бути використана для: (1) перевірки ролі певних генів у походженні НАЖХП шляхом генетичної модифікації здорових клітин iPS (2), модель міні- печінку зі стовбурових клітин пацієнтів із стеатотичною печінкою для тестування спеціальних методів лікування.

Поточні показники використання показують сукупний підрахунок переглядів статей (повнотекстові перегляди статей, включаючи перегляди HTML, завантаження PDF та ePub, відповідно до наявних даних) та подання тез на платформі Vision4Press.

Дані відповідають використанню на платформі після 2015 року. Поточні показники використання доступні через 48–96 годин після публікації в Інтернеті та оновлюються щодня по днях тижня.

Початкове завантаження метрик може зайняти деякий час.