Исследователи из Южной Кореи разработали трехмерную модель печени, которая может воспроизводить особенности клеточной сигнальной системы в этом органе. Такая модель печени в перспективе может прекратить практику использования подопытных животных для изучения взаимодействия новых лекарств с клетками печени.

Печень состоит из двух типов клеток.

• 80% клеток этого органа представляют собой гепатоциты, а остальные
• 20% – непаренхиматозные клетки, среди которых есть и звездчатые клетки печени [липоциты, hepatic stellate cells (HSC)].

При повреждении печени липоциты работают совместно с гепатоцитами, играя огромную роль в регенерации ткани печени.

Рис. 1. Концепция дизайна (сверху) и механизм действия (снизу)
нового устройства. (Рисунок из Lab Chip, 2013, DOI: 10.1039/c3lc50197c).

Тем не менее, до настоящего времени особенности взаимодействия между липоцитами и гепатоцитами пока еще не ясны, хотя и имеются представления о том, что какую-то роль в этом играет непосредственный контакт клеток друг с другом и их «общение» на расстояние, известное также как паракринное сигнализирование (paracrine signaling).

Несмотря на существующие искусственные модели печени, исследований, посвященных систематическому исследованию паракринного сигнализирования, не проводилось.

Группа исследователей под руководством СангХун Ли (SangHoon Lee) из Университета Кореи разработали новую трехмерную сферическую систему для культивирования клеток, которая может эффективно смоделировать трехмерное размещение природных клеток печени.

Для получения однородных трехмерных структур новая система снабжена вогнутыми микроколодцами. При этом липоциты культивировали в одних колодцах, а гепатоциты – в других для исключения возможности прямого клеточного контакта. Связь между различными типами клеток осуществлялась за счет микрокапиллярных трубочек, а осмотический насос позволяет осуществлять непрерывный контроль в подаче в систему нутриентов и удаления отходов.

Осмотический насос также позволяет контролировать скорость течения потока нутриентов. Это обстоятельство позволяет микрокапиллярной печени более точно моделировать работу живой ткани и позволяет ученым исследовать то, как скорость потока влияет на паракринные взаимодействия.

Ли поясняет, что

в его группе разработано устройство, интегрирующее все функции печени в рамках одноймикрокапиллярной системы, достаточно компактной, чтобы длительное время работать без сложных периферических устройств.

При тестировании микрокапиллярной печени было обнаружено, что короткодействующие паракринные взаимодействия липоцитов и гепатоцитов влияют на функции печени и увеличивают эффективнеость ее функционирования в большей степени, чем непосредственные контакты клеток разных типов друг с другом. Также была подобрана оптимальная скорость потока, при которой происходит агрегация клеток в сферическую форму, и эта эффективная форма остается неизменной в течение длительного времени.

Гретхен Малер (Gretchen Mahler), эксперт по трехмерному моделированию биологических тканей с помощью микрокапиллярных приборов, отмечает, что

микролкапилярная печень представляет собой многообещающее устройство для высокопроизводительного скрининга лекарственных препаратов.

Малер подчеркивает, что способность культивировать клетки в трехмерном направлении, поддерживая при этом специфические функции печени в течение относительно длительного периода с минимальными затратами, является шагом вперед по сравнению с существующими в настоящее время методами.