Как вырастить кишечную ткань в чашке Петри, может ли кишечник работать без нервных клеток и как работа ученых позволит изучить болезнь Гиршпрунга.

«Стволовые клетки» — волшебные слова, которые не боятся использовать производители косметики, подчеркивая, что их крем с «молодыми» клетками поможет вернуть молодость коже. Вообще, стволовыми называют незрелые (недифференцированные) клетки, которые могут превратиться в клетки любых органов и тканей. В отличие от производителей кремов с их сомнительными обещаниями, ученые стоят на пути реального выращивания органов с помощью индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.

Без нервов никуда

В 2010 году исследователи из Медицинского центра детской больницы Цинцинатти уже смогли вырастить ткань кишечника из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (плюрипотентность означает, что данная стволовая клетка может дать начало любой клетке организма, кроме клетки зародышевых оболочек), однако у выращенной ткани отсутствовали нервные клетки.

Так называемая внутрикишечная нервная система включает в себя миллионы нейронов, которые обеспечивают нормальную работу желудочно-кишечного тракта. Если нервные клетки работают плохо, то мускулатура кишечника не может нормально сокращаться — у людей возникают проблемы с пищеварением (запоры или диарея). К примеру, у людей с болезнью Гиршпрунга наблюдается врожденный дефект толстой кишки, при котором нервные клетки в кишке не формируются, что приводит к застою каловых масс. Ученые понимали, что без нервных клеток никуда.

И вот, спустя шесть лет, медикам из Цинцинатти удалось совершить большой прорыв — вырастить ткани кишечника из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток с работающими нервными клетками. Статья ученых вышла в журнале Nature Medicine.

Клетки знают, что делают

Медики поместили индуцированные плюрипотентные стволовые клетки в чашку Петри, наполненную специальной питательной средой, компоненты которой призваны помочь стволовым клеткам превратиться в ткани кишечника. Пока ткань росла в своей чашке, ученые поместили в другую чашку клетки нервного гребня (клетки, участвующие в образовании у позвоночных зачатков нервной системы). В период эмбрионального развития клетки нервного гребня мигрируют по эмбриону и дают начало множеству клеток нервной системы. Ученых волновал вопрос, как и когда соединить нервные клетки с растущей кишечной тканью.

Джеймс Уэллс, один из авторов исследования, сказал:

«Мы использовали различные подходы, чтобы включить нервные клетки в развивающуюся кишечную ткань, все они главным образом были основаны на гипотезе, что если положить нужные клетки в нужное время в одну чашку Петри, то они сами разберутся, что делать».

Можно сказать, что ученые поймали удачу — они подобрали такие условия, что нервные ткани срослись с тканью кишечника так, как это происходит у плода в утробе матери. Клетки нервного гребня в тканях кишечника превратились в нейроны и глиальные клетки, выполняющие опорную и защитную функции. Ученые подтвердили, что нейроны в тканях выращенного кишечника были активны.

Первыми «искусственный кишечник» опробовали мыши

Следующий шаг — пересадить выращенную ткань с нервными клетками в живой организм, чтобы посмотреть, как она будет расти и функционировать. Оказалось, что трансплантируемые ткани кишечника действительно исправно работали в организме у мышей. Ткани, выстилающие стенки кишечника, росли быстро, без проблем усваивали питательные вещества, а также совершали волнообразные сокращения, что позволяло им беспрепятственно продвигать пищу по желудочно-кишечному тракту. Такой «искусственный» кишечник хорошо подойдет для тестирования новых лекарственных препаратов.

Также с помощью нового кишечника медики смогли подробно изучить тяжелую форму болезни Гиршпрунга, которая, как было установлено ранее, вызвана мутацией в гене PHOX2B. Исследования на мышах и в чашках Петри показали, что именно эта мутация способствует тому, что нервы не формируются в тканях кишечника. По словам ученых, в один прекрасный день станет возможным вырастить полноценный кишечник или его часть и пересадить пациенту.