Понад 10 000 американців, які страждають на хронічні захворювання печінки, перебувають у списку очікування на пересадку печінки, але донорських органів недостатньо для всіх цих пацієнтів. Крім того, багато людей з печінковою недостатністю не підходять для трансплантації, якщо їхній стан здоров'я не дозволяє перенести операцію.
Щоб допомогти цим пацієнтам, інженери Массачусетського технологічного інституту розробили міні-печінки, які можна вводити в організм і які беруть на себе функції неробочої печінки.
У новому дослідженні на мишах дослідники показали, що ці введені клітини печінки можуть залишатися життєздатними в організмі щонайменше два місяці та здатні виробляти багато ферментів та інших білків, які виробляє печінка.
"Ми розглядаємо їх як допоміжні печінки. Якщо ми зможемо доставити ці клітини в організм, не пошкоджуючи хворий орган, це забезпечило б додаткову підтримку його функцій", — каже Сангіта Бхатія, професор кафедри наук про здоров'я та технології, а також електротехніки та інформатики Массачусетського технологічного інституту (MIT) імені Джона та Дороті Уілсон, а також член Інта медичної інженерії та науки (IMES) MIT.
Бхатія є старшим автором нового дослідження, опублікованого у журналі Cell Biomaterials. Провідним автором статті є постдокторант MIT Вардхман Кумар.
Відновлення функції печінки
Людська печінка відіграє роль приблизно у 500 важливих функціях, включаючи регуляцію зсідання крові, видалення бактерій із кровотоку та метаболізм ліків. Більшість цих функцій виконуються клітинами, які називаються гепатоцитами.
Протягом останнього десятиліття лабораторія Бхатії працювала над способами відновлення функції гепатоцитів без хірургічної пересадки печінки. Один із можливих підходів — впровадження гепатоцитів у біоматеріал, наприклад, гідрогель, але такі гелі також потребують хірургічної імплантації.
Інший варіант – ін'єкція гепатоцитів в організм, що виключає необхідність хірургічного втручання. У цьому дослідженні лабораторія Бхатіа прагнула вдосконалити цю стратегію, створивши штучно створену нішу, яка б підвищила виживання клітин і полегшила неінвазивний моніторинг стану трансплантата.
Для досягнення цієї мети дослідники запропонували ідею введення клітин разом із гідрогелевими мікросферами, які допомагають їм залишатися разом та утворювати зв'язки з прилеглими кровоносними судинами. Ці сфери мають особливі властивості, що дозволяють їм поводитися як рідина при щільній упаковці, тому їх можна вводити за допомогою шприца, а потім вони відновлюють свою тверду структуру всередині організму.
В останні роки дослідники вивчали використання гідрогелевих мікросфер для прискорення загоєння ран, оскільки вони допомагають клітинам мігрувати у простір між сферами та будувати нову тканину. У новому дослідженні команда з Массачусетського технологічного інституту адаптувала їх для того, щоб допомогти гепатоцитам сформувати стабільний трансплантат тканин після ін'єкції.
"Ми використовували цю технологію для створення штучної ніші для трансплантації клітин", - говорить Кумар. "Якщо клітини вводяться без цих сфер, вони не будуть ефективно інтегруватися з організмом господаря, але ці мікросфери забезпечують гепатоцитам нішу, де вони можуть залишатися локалізованими й набагато швидше поєднуватися з кровообігом господаря".
До складу суміші, що вводиться, також входять фібробласти — допоміжні клітини, які допомагають гепатоцитам виживати та сприяють зростанню кровоносних судин у тканині.
Працюючи з Ніколь Хеннінг, спеціалістом з ультразвукових досліджень в Інституті Коха, дослідники розробили спосіб введення клітинної суміші за допомогою шприца, керованого ультразвуком. Після ін'єкції дослідники можуть використовувати ультразвук для моніторингу довгострокової стабільності імплантату.
У цьому дослідженні міні-печінки вводилися в жирову тканину в ділянці живота. У майбутньому аналогічні трансплантати можуть бути доставлені в інші частини тіла, наприклад, селезінку або поблизу нирок. За наявності достатнього простору та доступу до кровоносних судин, введені гепатоцити можуть функціонувати аналогічно до гепатоцитів у печінці.
"У переважній більшості випадків захворювань печінки трансплантат не обов'язково повинен розташовуватися близько до печінки", - говорить Кумар.
Альтернатива трансплантації
У ході експериментів на мишах дослідники вводили суміш клітин печінки та мікросфер в область жирової тканини, відому як перигонадальна жирова тканина. Після локалізації в організмі клітини утворюють стабільну, компактну структуру. Згодом в область трансплантата починають вростати кровоносні судини, допомагаючи введеним гепатоцитам залишатися здоровими.
"Нові кровоносні судини утворилися прямо поруч з гепатоцитами, тому вони змогли вижити", - говорить Кумар. "Вони отримували поживні речовини, функціонували належним чином і виробляли білки, які ми від них очікували".
Після ін'єкції клітини залишалися життєздатними та здатними виділяти спеціалізовані білки у кровообіг господаря протягом восьми тижнів, протягом усього дослідження. Це свідчить, що терапія потенційно може бути ефективним довгостроковим методом лікування захворювань печінки, стверджують дослідники.
"Ми розглядаємо цю технологію як альтернативу хірургічному втручанню, а також як проміжний етап перед трансплантацією, коли ці трансплантати можуть забезпечити підтримку доти, доки не з'явиться донорський орган", - говорить Кумар. І якщо ми вважаємо, що пацієнту може знадобитися інша терапія або більше трансплантатів, то за допомогою цієї ін'єкційної технології перешкод для цього набагато менше, ніж при проведенні ще однієї операції.
У поточній версії цієї технології пацієнтам, ймовірно, потрібно приймати імуносупресивні препарати, але дослідники вивчають можливість розробки «непомітних» гепатоцитів, які могли б уникати імунної системи, або використання гідрогелевих мікросфер для локального доставлення імуносупресантів.
Дослідження профінансовано грантом Koch Institute Support (основний) від Національного інституту раку, Національних інститутів охорони здоров'я, програмою Wellcome Leap HOPE, стипендією Національного наукового фонду для аспірантів та Інститутом медичних досліджень Говарда Хьюза.
