Ενα βήμα πιο κοντά στο τεχνητό ήπαρ

Οι σύγχρονοι επιστήμονες γνωρίζουν πως υπάρχει ένας σπόρος αλήθειας στην ιστορία του Προμηθέα. Το συκώτι μπορεί πραγματικά να αναγεννηθεί κατά ένα τμήμα του, αν αυτό αφαιρεθεί.

Αυτό ισχυρίζεται νέα έρευνα που δημοσιεύτηκε στην επιθεώρηση Nature Chemical Biology.

Ο Προμηθέας, o μυθολογικός ήρωας που έκλεψε από τους θεούς τη φωτιά, τιμωρήθηκε για αυτή την κλοπή με το να δεθεί σε ένα βράχο. Κάθε ημέρα, ένας αετός κατέβαινε στο σημείο που ήταν δεμένος και έτρωγε το συκώτι του, το οποίο μεγάλωνε και πάλι για να φαγωθεί ξανά από τον αετό την αμέσως επόμενη ημέρα.

Οι ερευνητές που προσπάθησαν να παράγουν ένα τεχνητό ηπατικό ιστό είδαν τις προσπάθειές τους να οδηγούνται επανειλημμένα σε αδιέξοδο: Tα ώριμα κύτταρα του ήπατος, γνωστά ως ηπατοκύτταρα, χάνουν γρήγορα την κανονική τους λειτουργία όταν απομακρυνθούν από το σώμα.

«Είναι παράδοξο, γιατί γνωρίζουμε πως τα ηπατικά κύτταρα είναι ικανά να αναπτυχθούν, αλλά δεν μπορούσαμε να τα κάνουμε να αναπτυχθούν έξω από το σώμα», λέει η μηχανικός του MIT, Sangeeta Bhatia, καθηγήτρια στο τμήμα Επιστημών Υγείας και Τεχνολογίας Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Επιστήμης Υπολογιστών του ΜΙΤ, ανώτερη επιστημονική συνεργάτιδα του Ινστιτούτου Broad και μέλος του Ινστιτούτου Κοch για την Ερευνα κατά του Καρκίνου, καθώς και του Ινστιτούτου Ιατρικής Μηχανικής και Επιστήμης του ΜΙΤ. Τώρα η Bhatia και οι συνεργάτες της έχουν κάνει ένα βήμα μπροστά προς αυτή την κατεύθυνση. Στη μελέτη τους αναφέρουν τον εντοπισμό μιας ντουζίνας χημικών ενώσεων που μπορούν να βοηθήσουν το συκώτι, όχι μόνο να διατηρήσει την φυσιολογική του λειτουργία, καθώς καλλιεργείται στο εργαστήριο, αλλά επίσης να πολλαπλασιάζει την παραγωγή νέων ιστών του. Τα κύτταρα που καλλιεργούνται μ’ αυτόν τον τρόπο θα μπορούσαν να οδηγήσουν τους ερευνητές στην δημιουργία μηχανικών ιστών για τη θεραπεία πολλών από τα 500 εκατομμύρια ανθρώπων, που υποφέρουν από χρόνιες παθήσεις του ήπατος, όπως η ηπατίτιδα C, σύμφωνα με τους ερευνητές.

Μεγάλης κλίμακας οθόνη

Η Bhatia έχει αναπτύξει στο παρελθόν έναν τρόπο για να παραμείνουν προσωρινά σε φυσιολογική λειτουργία τα κύτταρα του ήπατος, μετά την απομάκρυνσή τους από το σώμα, αναμειγνύοντάς τα με ινοβλάστες ποντικού. Για τη μελέτη, η ερευνητική ομάδα υιοθέτησε ένα σύστημα σύμφωνα με το οποίο τα κύτταρα του ήπατος θα μπορούσαν να αναπτυχθούν σε στρώσεις με τους ινοβλάστες σε μικρές κοιλότητες μέσα στο εργαστήριο. Αυτό επέτρεψε στους ερευνητές να εκτελούν μικρής κλίμακας ταχείες μελέτες για το πώς 12.500 διαφορετικές χημικές ουσίες, επηρεάζουν την ανάπτυξη και λειτουργία των ηπατικών κυττάρων.

Το ήπαρ έχει περίπου 500 λειτουργίες που χωρίζονται σε τέσσερις γενικές κατηγορίες: αποτοξίνωση από φάρμακα, μεταβολισμός της ενέργειας, πρωτεϊνική σύνθεση και παραγωγή χολής. Ο David Thomas, συνεργάτης – ερευνητής που εργάζεται μαζί με τον Τοdd Golub στο Ινστιτούτο Brod, μέτρησαν τα επίπεδα έκφρασης 83 ηπατικών ενζύμων που εκπροσωπούν μερικές από πιο απαιτητικές λειτουργίες του ήπατος. Μετά την εξέταση χιλιάδων κυττάρων του ήπατος από οκτώ διαφορετικούς δωρητές ιστών, οι ερευνητές εντόπισαν 12 ενώσεις που βοήθησαν τα κύτταρα να διατηρήσουν αυτές τις λειτουργίες, ή να προωθήσουν την κυτταρική διαίρεση, ή και τα δύο.

Δύο απ’ αυτές τις ενώσεις φάνηκε πως λειτουργούσαν ιδιαίτερα καλά σε κύτταρα από νεότερους δότες, κι έτσι ερευνητές όπως ο Robert Schwartz και ο Stephen Duncan, τις δοκίμασαν επίσης σε ηπατικά κύτταρα που παράγονται από επαγόμενα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα (iPSC). Οι επιστήμονες προσπάθησαν να δημιουργήσουν ηπατοκύτταρα από iPSC και στο παρελθόν, αλλά τα κύτταρα αυτά δεν φτάνουν συνήθως σε μια πλήρως ώριμη κατάσταση. Ωστόσο, όταν αντιμετωπίζονται με τις δύο αυτές ενώσεις τα κύτταρα ωριμάζουν καλύτερα.

Η Bhatia και η ομάδα της αναρωτιούνται αν οι ενώσεις αυτές μπορούν να ξεκινήσουν ένα πρόγραμμα καθολικής ωρίμανσης που θα μπορούσε να επηρεάσει εξίσου και άλλα είδη κυττάρων. Αλλοι ερευνητές μελετούν τώρα μια ποικιλία κυτταρικών τύπων που παράγεται από τα iPSC.

Σε μελλοντικές μελέτες η ομάδα του ΜΙΤ σχεδιάζει να ενσωματώσει τα επεξεργασμένα κύτταρα του ήπατος σε καλούπια ιστών και να τα εμφυτεύσει σε ποντίκια για να ελέγξει αν θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως υποκατάστατα ιστών ήπατος. Θα επιδιώξει, επίσης, σε συνεργασία με ερευνητές της Ιατρικής Σχολής του Χάρβαρντ, τη δυνατότητα ανάπτυξης των ενώσεων ως φαρμάκων που θα βοηθήσουν στην αναγέννηση των ιστών του ήπατος του ίδιου του ασθενούς.

Ο Eric Lagasse, αναπληρωτής καθηγητής παθολογίας στο Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ, που δεν ήταν μέλος της ερευνητικής ομάδας, λέει ότι τα ευρήματα αποτελούν μια πολλά υποσχόμενη προσέγγιση για την υπέρβαση των δυσκολιών που αντιμετωπίζουν οι επιστήμονες όσον αφορά την ανάπτυξη των ηπατικών κυττάρων έξω από το σώμα. «Η εύρεση ενός τρόπου ανάπτυξης λειτουργικών ηπατοκυττάρων σε κυτταρική καλλιέργεια θα είναι μια σημαντική ανακάλυψη», αναφέρει.

Κάνοντας συνδέσεις

Η Bhatia και οι συνεργάτες της έχουν επίσης πρόσφατα σημειώσει πρόοδο ως προς την επίλυση μιας ακόμα πρόκλησης στην κατασκευή μηχανικού ηπατικού ιστού, παίρνοντας από το σώμα του παραλήπτη αιμοφόρα αγγεία, προκειμένου να αναπτυχθούν και να προμηθεύσουν το νέο ιστό με οξυγόνο και θρεπτικά συστατικά. Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στα πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών, η Bhatia και ο Christopher Chen, καθηγητής στο πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια, έδειξαν ότι αν ενσωματωθούν στον ιστό προσχηματισμένα μόρια ενδοθηλιακών κυττάρων τότε μπορούν να αυξηθούν ραγδαία οι συστοιχίες των αιμοφόρων αγγείων.

Για να επιτευχθεί αυτό οι επιστήμονες συνεργάστηκαν για να σχεδιάσουν ένα νέο σύστημα που τούς επιτρέπει να δημιουργήσουν τρισδιάστατους ιστούς και να ελέγξουν με ακρίβεια την τοποθέτηση διαφόρων τύπων κυττάρων μέσα στον ιστό. Αυτή η προσέγγιση που περιγράφεται στο περιοδικό Nature Communication, επιτρέπει στον μηχανικό ιστό να λειτουργήσει καλύτερα με τον ιστό του ξενιστή.

«Αυτές οι δύο μελέτες, αν συνδυαστούν μπορούν να προσφέρουν μια πορεία προς τα εμπρός για την επίλυση δύο από τα πλέον μακρόχρονα προβλήματα στην μηχανική των ιστών του ήπατος, αναπτύσσοντας μια μεγάλη προμήθεια ηπατικών κυττάρων έξω από το σώμα και παίρνοντας ιστούς που μπορούν να μεταμοσχευθούν στον λήπτη», λέει η Bhatia.