Японские ученые добились большого успеха, вырастив из эмбриональных стволовых клеток мыши функциональную переднюю долю гипофиза (аденогипофиз), состоящую из нескольких различных видов гормонпродуцирующих клеток. При пересадке мышам инженерный орган способен вырабатывать гормон стресса кортикотропин. Исследование приближает медицинскую биоинженерию к созданию сложных органов для использования в трансплантологии.

Гипофиз, выращенный из эмбриональных стволовых клеток мыши.
Красным помечены клетки, вырабатывающие адренокортикотропин.
Пересадка гипофиза, выращенного из человеческих стволовых клеток,
может стать методом лечения гипопитуитаризма – ряда эндокринных
нарушений, вызываемых низким уровнем половых гормонов, а также
гормонов стресса и роста.
(Фото: Yoshiki Sasai, RIKEN Center for Developmental Biology)

Результаты, полученные исследовательской группой под руководством Йошики Сасаи (Yoshiki Sasai) из Центра биологии развития научно-исследовательского института RIKEN (RIKEN Center for Developmental Biology) , опубликованы он-лайн в журнале Nature. Эта же группа в прошлом году получила из стволовых клеток мыши структуры, аналогичные сетчатке глаза – на тот момент наиболее сложную ткань, когда-либо выращенную из стволовых клеток. Теперь ученым удалось достичь еще большего успеха. Из эмбриональных стволовых клеток они вырастили центральный орган эндокринной системы – гипофиз.

Гипофиз – маленькая эндокринная железа у основания головного мозга, вырабатывающая несколько важных гормонов. Он особенно важен в период раннего развития, и возможность имитировать его образование в лаборатории поможет ученым лучше понять процессы развития организма. Нарушения в работе гипофиза ассоциируются с нарушениями роста, такими как гигантизм, и проблемами со зрением, включая слепоту.

Этот эксперимент был бы невозможен без трехмерной клеточной культуры. Гипофиз – отдельный орган, но для его развития необходимы химические сигналы от находящейся непосредственно над ним области мозга – гипоталамуса. В трехмерной культуре ученые могли одновременно и вплотную друг к другу выращивать два типа тканей, в результате чего через две недели стволовые клетки самоорганизовались в гипофиз.

«Используя этот метод, мы могли более точно имитировать раннее развитие мыши, так как в организме эмбрион развивается в 3-D», – объясняет Йошики Сасаи.

Флуоресцентное окрашивание показало, что выращенная ткань гипофиза экспрессирует соответствующие биомаркеры и секретирует типичные для передней доли гипофиза гормоны. Исследователи пошли еще дальше и испытали функциональность синтезированных ими органов, пересадив их мышам, лишенным гипофиза. Эксперименты закончились успехом: биоинженерные гипофизы восстановили уровни глюкокортикоидных гормонов в крови животных и устранили поведенческие симптомы, такие как вялость. Состояние мышей с имплантированными структурами из стволовых клеток, которые не подвергались воздействию необходимых сигнальных факторов и поэтому не стали функциональным гипофизом, не улучшилось.

Сасаи и его коллеги планируют повторить эксперимент на человеческих стволовых клетках. По их мнению, эта работа займет не менее трех лет.

Исследователи, работающие в области стволовых клеток, высоко оценивают достижение группы Сасаи.

«Это только первый шаг к созданию жизнеспособных органов человеческого организма, пригодных для пересадки, но это отличная и многое объясняющая работа», – комментирует успех японских коллег Майкл Розенфельд (Michael G. Rosenfeld), специалист в области нейральных стволовых клеток из Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Пересадка гипофиза, выращенного из человеческих стволовых клеток, может стать методом лечения гипопитуитаризма – ряда эндокринных нарушений, вызываемых низким уровнем половых гормонов, а также гормонов стресса и роста. Сейчас их лечение заключается в пожизненной заместительной гормональной терапии, и инженерный гипофиз мог бы избавить пациентов от этого тяжелого бремени.

Аннотация к статье

Self-formation of functional adenohypophysis in three-dimensional culture