Даже при одном и том же ревматоидном артрите или волчанке симптомы и реакция на лекарства у пациентов различаются. Если в лаборатории удастся воспроизвести развитие болезни так, как оно происходит в организме, это поможет оценить, какое лекарство подействует лучше.
Католический медицинский центр 28-го числа сообщил, что совместная исследовательская группа — исследователь Ли Чханчжин и профессора Им Ери и Чу Чихён из Института прикладных исследований индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC) Медицинского колледжа Католического университета — представила стратегию проектирования органоидов, позволяющую максимально приближенно воспроизводить аутоиммунные заболевания в органоидах, созданных на основе человеческих клеток.
Это не экспериментальное исследование, в котором авторы создавали новый органоид и проверяли его характеристики. Это обзорная статья: авторы обобщили опубликованные данные и систематизировали, какие элементы необходимо воспроизводить при изучении с помощью органоидов таких аутоиммунных заболеваний, как ревматоидный артрит, системная красная волчанка и системная склеродермия.
Одних клеток пациента недостаточно: чем модель отличается от реальной болезни
Органоид — это тканевая структура, которую получают путём трёхмерного культивирования стволовых и других клеток человека, чтобы частично воспроизвести строение и функции реального органа. Его часто называют «мини-органом».
Однако аутоиммунные заболевания трудно объяснить только особенностями самих клеток пациента.
Когда иммунные клетки атакуют собственный организм, увеличивается количество аутоантител и воспалительных веществ. Повреждаются сосуды и ткани, а окружающие ткани могут уплотняться. По мере притока иммунных клеток воспаление и повреждение способны усиливаться.
Исследователи подчеркнули: .чтобы органоид максимально точно отражал состояние заболевания конкретного пациента, эти изменения тоже нужно учитывать. Иными словами, важно воспроизводить не только клетки пациента, но и «иммунную среду», окружающую эти клетки.
К клеткам пациента добавляют и его иммунную среду
Предложенная исследователями концепция выглядит так.
Сначала из клеток крови или других соматических клеток пациента получают индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC). iPSC — это соматические клетки, перепрограммированные в состояние, при котором они способны дифференцироваться в различные типы клеток.
Затем их дифференцируют в клетки нужного органа и формируют 3D-органоид, после чего добавляют сыворотку пациента, аутоантитела, вещества, вызывающие воспаление, и т. п. Так в одной модели объединяются индивидуальные клеточные особенности пациента и реальная иммунная среда его организма.
При необходимости авторы предлагают подключать и технологию «орган-на-чипе». Это метод, позволяющий в небольшом чипе имитировать кровоток или миграцию иммунных клеток и создавать условия, близкие к реальному органу.
При этом набор параметров, которые нужно воспроизводить, зависит от конкретного заболевания.
При системной склеродермии ключевыми считаются повреждение сосудов и фиброз, из-за которого ткани становятся более жёсткими. Для системной красной волчанки важно отражать процесс повреждения сосудов и тканевых барьеров, связанный с аутоантителами, иммунными комплексами и воспалительной реакцией.
При ревматоидном артрите модель должна позволять наблюдать воспаление синовиальной оболочки, выстилающей сустав изнутри, а затем — процесс повреждения хряща и кости.
Подойдёт ли мне препарат? Проверить его действие до применения?
Если такая модель будет достаточно точно воспроизводить состояние реального пациента, сфер применения окажется немало.
В органоид, отражающий клетки пациента и его иммунную среду, можно тестировать различные препараты-кандидаты и сравнивать, насколько они уменьшают воспаление или повреждение тканей. Это означает, что модель можно использовать для изучения причин, по которым эффективность лекарств различается у пациентов даже при одном и том же заболевании.
Она также может помочь оценивать, у каких пациентов конкретный препарат может быть более эффективен, или отобрать кандидатов в новые терапевтические средства. Возможны и исследования по поиску биомаркеров для прогнозирования ответа на лечение, а также по замене части экспериментов на животных исследованиями на основе человеческих клеток.
В долгосрочной перспективе авторы предложили расширить подход до исследований в области прецизионной медицины: связать данные органоидов с генетической информацией пациента, его иммунными характеристиками и клиническими данными, чтобы прогнозировать прогрессирование болезни или ответ на терапию. При этом речь не идёт о том, что уже создан «органоид, заранее подбирающий лекарство для пациента».
Остаётся немало задач. Необходимо довести клетки, полученные из iPSC, до зрелости, максимально близкой к тканям взрослого организма, а также длительно поддерживать воспалительную среду, характерную для аутоиммунных заболеваний.
Непросто и воспроизвести в лаборатории течение хронических заболеваний, при которых симптомы то улучшаются, то вновь ухудшаются. Требуется также стандартизировать методы изготовления и критерии оценки, чтобы в разных лабораториях получались сопоставимые результаты.
Исследователи заявили: «При аутоиммунных заболеваниях важно одновременно воспроизводить внутренние факторы, присущие пациенту, и специфическую для болезни иммунную среду», — и добавили: «Мы намерены использовать органоиды на основе iPSC, полученных от пациентов, чтобы отражать индивидуальные различия, которые трудно воспроизвести на животных моделях, и связать это с точной оценкой эффективности препаратов и разработкой методов, способных заменить часть исследований на животных».
Статья опубликована онлайн 30 июля в международном научном журнале 《Bioengineering & Translational Medicine》.
