Galimybės plačios – laboratorijoje išauginti galima įvairius trimačius organoidus: žarnyno, inkstų, kepenų, kiaušidžių ir net skonio receptorių.
Tiesa, organoidų nereikėtų įsivaizduoti kaip preciziškų kopijų, tiksliau būtų sakyti, kad jie yra į organus panašios audinių struktūros. Šios mokslininkams itin naudingos siekiant geriau suprasti ligų mechanizmą ir žmogaus organizmo reakciją į vaistus, todėl technologija populiarėja individualizuotos medicinos srityje.
Ketvirtadienį Santaros slėnyje atidarytas Vilniaus universiteto medicinos fakulteto (VU MF) Medicinos mokslo centras, kuriame bus plačiai taikoma organoidų technologija.
Neuromokslininkas, VU MF vyr. specialistas mokslo centro plėtrai dr. Andrius Kaselis interviu Lrytas papasakojo, kaip organoidai pasitarnaus vėžiu sergančių pacientų gydymui, padės tirti naujus vaistus ir atskleidė, ar ši technologija gali ištirpdyti organo transplantacijos laukiančių pacientų eiles.
– Įvairiems moksliniams ir vaistų tyrimams jau daug metų pasitelkiamos laboratorijoje išaugintos ląstelės. Kuo organoidai pranašesni?
– Organoidas nuo įprastos ląstelių kultūros skiriasi tuo, kad funkcine prasme jis atspindi organą. Pavyzdžiui, jei turime inksto organoidą, jis turėtų funkciškai ir struktūriškai atkartoti tikrą žmogaus inkstą.
O ląstelių kultūros pasižymi homogeniškumu, audinys sudarytas iš vienodų ląstelių, kurios išsidėsčiusios tame pačiame sluoksnyje. Tai reiškia, kad darant poveikį ląstelėms, pavyzdžiui, įdedant vaistą ir stebint atsaką, visų ląstelių sąveika su preparatu bus iš esmės vienoda. Ląstelių nedengia jokios struktūros, tad jų sąveikos su medikamentu paviršiaus plotas būna didelis, o tai įprastai lemia neproporcingai stiprų vaisto poveikį.
Tuo metu, jei užauginame vėžiu „sergantį“ organoidą, darinys būna 3-ijų dimensijų. Tam, kad vaistas patektų į vidines jo ląsteles, turi veikti pernešimo mechanizmas.
Kita dalis, organoidas turi savo mikroaplinką. Taigi, išorinės ląstelės gauna maisto medžiagų, deguonies, o vidinės ląstelės gyvena visai kitoje terpėje – jų aplinka būna gerokai rūgštesnė. Dėl šių skirtumų vaistas dažnai paveikia išorines ląsteles, bet neturi jokios įtakos vidinėms.
Svarbu ir tai, kad atkuriamos specifinės organo struktūros. Antai smegenų modelyje glijos ląstelės valo neuronų atliekas ir metabolitus. Todėl reikia žinoti, kaip reaguos į vaistus – gal ir juos „suvalgys“?
Išauginę 3D struktūras galime žymiai priartinti savo tyrimą prie realių sąlygų, padaryti reikšmingai tikslesnes išvadas ir, pavyzdžiui, remdamiesi bandymais su žmogaus smegenų organoidais, pasakyti ar vaistas galėtų paveikti Alzheimerio ligos vystymąsi.
– Įprastai naujas vaistas ištiriamas su ląstelėmis, tuomet gyvūnais, jei pasirodo veiksmingas ir saugus, pereinama prie tyrimų su žmonėmis. Kur į šią seką įsiterptų tyrimai su organoidais?
– Šiandien organoidai yra kaip papildomas žingsnis tarp gyvūno ir žmogaus. JAV Vaistų ir maisto administracija išplatino rekomendaciją atsitraukti nuo gyvūnų modelių ir visus farmacinius preparatus testuoti su organoidais, kad būtų tiksliau suprastas medikamentų poveikis atskiriems organams – širdžiai, kepenims, smegenims – ir visam žmogaus organizmui.
Kadangi organoidus galima generuoti iš žmogaus kamieninių ląstelių, gyvūnai tyrimams tampa nebereikalingi. Tai atitinka strateginį tikslą, kuri išreiškusi yra Europos vaistų agentūra.
Taigi, organoidai prisidėtų prie geresnio tyrimų tikslumo ir sumažintų gyvūnų naudojimo poreikį, kas džiugina ir mus, tyrėjus.
– Kaip vyksta kamieninių ląstelių užprogramavimas, kad viena išaugtų į organoidą, panašų kaip į inkstai, o kita – kaip smegenys?
– Tam, kad būtų galima sukurti konkretaus žmogaus smegenų modelį, iš kaulų čiulpų arba kraujo yra paimamos kamieninės ląstelės, kurios biocheminiu būdu grąžinamos į šiek tiek ankstesnę savo vystymosi stadiją.
Tuomet jos biochemiškai ar genetiškai perprogramuojamos, kad peraugtų į kepenų, inkstų ar kitus organoidus. Žinoma gana nemažai būdų, kaip paveikti kamienines ląsteles, kad jos pradėtų vystytis norima linkme.
– Kiek plačiai šiuo metu taikoma organoidų technologija?
– Lietuvoje žinau bent 3 laboratorijas, kurios užsiima organoidų tyrimais, Baltijos šalyse galėtų būti 10–15.
Kitos šiuo metu Lietuvoje veikiančios įstaigos užsiima fundamentiniais tyrimais, pavyzdžiui, aiškinasi ląstelės veikimo mechanizmus.
Tuo metu VU MF Medicinos mokslų centrą koordinuos naujai įkurtas Transliacinių tyrimų institutas. Jo tikslas – užpildyti prarają tarp fundamentinių mokslų ir klinikinės praktikos, individualizuotų gydymo strategijų kūrimo. Šiuo atveju bus didesnis dėmesys praktiniam pritaikymui, kuris pagerintų paciento gyvenimą, padarytų jį sveikesniu.
– Kokie organoidai galėtų būti patys paklausiausi?
– Šiuo metu turime ganėtinai stiprią prof. Arvydo Laurinavičiaus Skaitmeninės Medicinos tyrimų grupę. Jie labai aktyviai tyrinėja mikroaplinkos poveikį, tad viena pagrindinių krypčių bus onkologiniai organoidai.
Tikslas – suprasti, kodėl vienas pacientas reaguoja į tą pačią gydymo strategiją, o antras – kitaip. Norime gydymą individualizuoti pagal pacientą.
Kita vertus, vyksta tyrimai ir ties imuniniais atsakais, bus kepenų organoidų poreikis, tiriama, kaip jie reaguoja į gydymo poveikį.
– Kalba vis pasisuka apie onkologiją. Kodėl ši technologija tokia patraukli būtent vėžio tyrimams?
– Auglius formuoja vėžinės ląstelės, kurios iš principo yra kamieninės, jos turi savybę daugintis ir cirkuliuodamos kažkur patekti.
Dar vienas patogumas – jau iš biopsijos tyrimo mėginio įmanoma išauginti miniatiūrinį auglį ir su juo atlikti tyrimus.
– Kiek trunka organoido auginimo procesas?
– Priklauso nuo organoido, bet pirmiesiems tyrimams reikalinga susiformavusi 3D struktūra, o tai yra savaitės, dviejų klausimas.
– Koks galėtų būti organoidų auginimo mastas VU MF Medicinos mokslo centre?
– Konkretaus atsakymo apie galimus pajėgumus nėra, bet organoidus auginti galima įvairiais būdais, pavyzdžiui, 384 šulinėlių plokštelėse. Žinoma, turbūt ne iš visų išaugtų organoidas, todėl ir iš vienos biopsijos auginami 5–7 organoidai, nes reikės sudaryti ir kontrolinę, ir poveikio grupes.
Iš esmės, technologija nėra riboto naudojimo, jos pajėgumus padidinti galima labai greitai, atsižvelgiant į tyrimui reikalingą kiekį.
– Nacionalinio transplantacijos biuro duomenimis, Lietuvoje transplantacijos laukia 457 sergantys žmonės. Ar ateityje organoidų technologija galėtų išspręsti šią problemą?
– Žinokite, tai yra Šventasis Gralis, kurio visi siekia. Yra daug privačių įmonių, net ir Lietuvoje, kurios dirba ta kryptimi.
Šiandien sėkmės sulaukia tik odos transplantacija, kurią užauginti yra santykinai paprasčiau, nes tai yra labiau dvimatė struktūra nei vidaus organų.
Taip, yra norų ir vizijų organoidų technologiją pritaikyti transplantacijai, bet nelabai tikiu, kad jos realybe taps greičiau nei po 15–20 metų. Kol kas technologija nėra pažengusi taip toli.
