Ученые создали самые достоверные на сегодняшний день копии почек

Почки, словно стиральные машины для крови, настолько сложны, что попытки вырастить их в лабораторных условиях из стволовых клеток давали лишь грубые приближения. Но теперь в журнале Cell Stem Cell исследователи представитли самые реалистичные на сегодняшний день копии почек, воплощая мечту о создании в будущем полноценных версий органов для трансплантации. Выращенные из стволовых клеток почек, структуры шириной 1 миллиметр, известные как органоиды, воспроизводят некоторые из сложных внутренних структур почки и при трансплантации мышам вырабатывают мочу. Новые органоиды могут помочь ученым изучать развитие и функционирование почек, исследовать их заболевания и тестировать методы лечения.

По сравнению с предыдущими органоидами почек, «это, пожалуй, лучшее, что мы когда-либо видели», — говорит специалист по биологии развития Алекс Комбс из Университета Монаша, не принимавший участия в исследовании. «Но предстоит ещё многое сделать», прежде чем исследователи смогут культивировать новые почки для трансплантации, предупреждает он.

По сложности почки уступают только мозгу. Они содержат сложную систему крошечных канальцев, которые фильтруют кровь, а затем задерживают воду и другие необходимые организму вещества. Используя стволовые клетки, исследователи сумели создать в лабораторной пробирке органоиды, обладающие ключевыми функциями почек, такими как фильтрующие единицы, называемые нефронами, и собирательные трубочки, которые помогают реабсорбировать воду и натрий. Некоторые из этих созданий также способны образовывать разбавленную мочу при имплантации в лабораторных животных. Однако их развитие останавливается на ранней стадии, что ограничивает их применение в качестве моделей почек.

Чтобы стимулировать дальнейшее созревание, биолог, специализирующийся на стволовых клетках, Чжунвэй Ли из Университета Южной Калифорнии и его коллеги протестировали различные химические составы для питательной среды для стволовых клеток. Один из рецептов в конечном итоге позволил получить структуры с более сложной сетью канальцев, чем предыдущие органоиды. Исследователи обнаружили, что паттерны активности их генов напоминали паттерны активности генов почек новорожденных мышей.

Органоиды также вырабатывали некоторые из тех же гормонов, что и настоящие почки. После имплантации в организм мышей они легко подключились к кровеносной системе грызунов и начали фильтровать кровь. Однако, как и предыдущие органоиды, эти структуры вырабатывали более разбавленную мочу, чем обычно, поскольку у них отсутствуют структуры, позволяющие почкам концентрировать жидкость, говорит Ли.

Исследователи также вырастили аналогичные органоиды из человеческих стволовых клеток, хотя структуры были не столь зрелыми, как их мышиные аналоги. Они также могли подключаться к кровеносной системе живых грызунов и, по-видимому, фильтровать кровь, но учёным не удалось получить из них мочу.

Чтобы проверить, может ли этот подход помочь в моделировании заболеваний, Ли и его коллеги создали органоиды, несущие один из генетических дефектов, приводящих к поликистозу почек – наследственному заболеванию, которое может привести к отказу органа. После имплантации в организм мышей органоиды разрастались в множественные кисты, подобно почкам людей с этим заболеванием.

Джейми Дэвис, экспериментальный анатом из Эдинбургского университета, отмечает, что другие органоиды воспроизводят некоторые аспекты поликистоза почек, включая образование кист. Однако, поскольку исследователи трансплантировали свои органоиды мышам, они смогли наблюдать взаимодействие между кистами и иммунными клетками, которое происходит при этом заболевании и которое не проявляется в лабораторных условиях. По его словам, это исследование представляет собой «полезный шаг к реализму».

«Это прекрасная работа», — говорит Мелисса Литтл, специалист по стволовым клеткам из Детского исследовательского института Мёрдока. «Это ещё один шаг к возможности создавать более сложные модели на основе стволовых клеток».

«Другие органоиды довольно неорганизованны. Здесь же они организованы», — добавляет Джозеф Бонвентр, нефролог из Гарвардского университета, изучающий повреждения почек и их восстановление.

Тем не менее, внутренняя организация органоида, созданного с помощью нового подхода, не соответствует действительности. «Его не спутаешь с настоящей почкой», — говорит Дэвис. «Но он пытается делать всё правильно». Ли отмечает, что важнейшей задачей остаётся прокладка труб — создание органоидов, обеспечивающих развитие сосудов, по которым кровь поступает в почку и выходит из неё, и формирование протока, по которому моча поступает в мочевой пузырь. Он и его коллеги прогнозируют, что смогут решить эти проблемы и создать трансплантируемый заменитель почки, готовый к испытаниям на животных, в течение 5 лет.

По словам Бонвентре, вполне логично предположить, что выращенные в лаборатории почки «могут стать следующим крупным прорывом в области заместительной почечной терапии». «Мы достигли такого прогресса за короткий промежуток времени».