Oamenii de știință care lucrează la biodesignul sistemului gastrointestinal uman într-un laborator raportează acum utilizarea celulelor stem pluripotente pentru a crește organoizi esofagieni umani.

Publicat în revista „Cell Stem Cell”, studiul este cel mai recent avans al cercetătorilor de la Centrul de Spital pentru Copii din Cincinnati pentru celule stem și organoizi medicali (CuSTOM), din Statele Unite.

uman

Centrul dezvoltă noi modalități de a studia defectele congenitale și bolile care afectează milioane de persoane cu tulburări gastrointestinale, cum ar fi refluxul gastric, cancerul și multe altele. Lucrarea conduce la noi metode de diagnostic personalizate și se concentrează în parte pe dezvoltarea terapiilor regenerative de țesuturi pentru tratarea sau vindecarea tulburărilor gastro-intestinale (GI).

În cercetările publicate recent, oamenii de știință au reușit să dezvolte țesut esofagian uman în întregime din celule stem pluripotente (PSC), care pot forma orice tip de țesut din organism, potrivit autorilor. Oamenii de știință de la Spitalul de Copii din Cincinnati și colaboratorii lor multi-instituționali au folosit deja PSC pentru bioingineria intestinului uman, a stomacului, a colonului și a ficatului.

„Tulburările esofagului și ale traheei sunt atât de răspândite la oameni încât modelele organoide ale esofagului uman ar putea fi foarte benefice”, spune cercetătorul principal al studiului Jim Wells, director științific al CuSTOM. Pe lângă faptul că este un model nou pentru studierea defectelor congenitale, cum ar fi atrezia esofagiană, organoizii pot fi utilizați pentru a studia boli precum esofagita eozinofilă și metaplazia Barrett, sau pentru țesutul esofagian compatibil genetic al bioinginerilor pentru pacienți individuali. ".

Studiul implică colaborarea cercetătorilor din diviziile de biologie a dezvoltării, oncologie, alergie și imunologie și endocrinologie de la Spitalul de Copii din Cincinnati și de la Institutele Gladstone din San Francisco. Aceasta include primul autor al studiului, Stephen Trisno, student absolvent și membru al laboratorului lui Wells.

Canalul alimentar

Esofagul este un tub muscular care trece activ alimentele din gură în stomac. Organul poate fi afectat de boli congenitale, cum ar fi atrezia esofagiană, o îngustare sau o malformație a esofagului cauzată de mutații genetice. De asemenea, există mai multe boli care pot afecta oamenii mai târziu în viață. Unele includ cancerul esofagian, boala de reflux gastroesofagian (GERD) sau o afecțiune rară numită acalazie, o boală care afectează mușchii esofagului inferior și împiedică organul să se contracte și să treacă alimentele.

Toate tulburările au nevoie de tratamente mai bune, spun cercetătorii. Acest lucru necesită o înțelegere mai precisă a mecanismelor genetice și biochimice din spatele cauzei sale, o nevoie care este completată de capacitatea de a genera și studia modele robuste, funcționale și compatibile genetic ale țesutului esofagian uman care pot crește din celulele în sine.

Urmărirea traseului natural

Oamenii de știință și-au bazat noua metodă de utilizare a PSC-urilor umane pe organoizi esofagieni generali pe manipulări pas cu pas, temporizate și precise ale semnalelor genetice și biochimice care modelează și creează țesuturi endodermice embrionare și anterioare.

Ei s-au concentrat parțial pe gena Sox2 și proteina sa asociată, care este deja cunoscută pentru a declanșa boala esofagiană atunci când funcția sa este întreruptă. Oamenii de știință au folosit șoareci, broaște și culturi de țesuturi umane pentru a identifica alte gene și căi moleculare reglementate de Sox2 în timpul formării esofagului.

Oamenii de știință raportează că, în timpul etapelor critice ale dezvoltării embrionare, gena Sox2 blochează programarea și acțiunea căilor genetice care dirijează celulele să devină mai degrabă respiratorii decât esofagiene. În special, proteina Sox2 inhibă semnalizarea unei molecule numite Wnt și promovează formarea și supraviețuirea țesuturilor esofagului.

Într-un alt test pentru a confirma importanța exprimării Sox2 în formarea esofagului, oamenii de știință au studiat pierderea completă a Sox2 în timpul procesului de dezvoltare la șoareci. Absența Sox2 a dus la agenezie esofagiană, o afecțiune în care esofagul se termină într-o pungă și nu se conectează la stomac.

După generarea cu succes a organoidelor esofagiene umane complet formate, care au crescut la o lungime de aproximativ 300-800 microni în aproximativ două luni, țesuturile bioinginerate au fost comparate biochimic cu țesuturile esofagiene din biopsiile pacienților. Aceste teste au arătat că țesuturile modificate genetic și biopsiate au fost izbitor de asemănătoare în compoziție, potrivit autorilor.

Echipa de cercetare își continuă studiile cu privire la procesul de bioinginerie pentru a crea organoizi esofagieni și a identifica proiecte viitoare pentru a avansa potențialul terapeutic al tehnologiei, potrivit Wells. Aceasta include utilizarea organoizilor pentru a examina progresia patologiilor specifice și a defectelor congenitale care afectează esofagul.