Bolile hepatice reprezintă o problemă majoră de sănătate publică la nivel mondial, iar cercetătorii caută modele cât mai apropiate de biologia umană pentru a înţelege mai bine evoluţia acestor afecţiuni şi pentru a sprijini dezvoltarea de tratamente mai bine ţintite. Un nou model de laborator, realizat din celule umane provenite de la pacienţi, îşi propune să reproducă mai fidel structura şi interacţiunile dintre celule într-o zonă importantă a ficatului.
Boala hepatică cauzează peste două milioane de decese anual la nivel mondial. Deşi modelele animale au contribuit la înţelegerea biologiei ficatului, acestea nu se traduc întotdeauna cu acurateţe la om. În plus, din cauza arhitecturii specifice a ficatului, modelele umane existente nu reuşesc să reproducă interacţiunile complexe dintre tipurile de celule şi să ilustreze corect modul în care progresează bolile.
Modelele de organoizi hepatici obţinute din ţesut conţin, de regulă, un singur tip de celule şi nu pot reproduce compoziţia celulară şi arhitectura complexă a ţesuturilor, cum este regiunea periportală a ficatului. Până recent, nu existau pentru ţesutul hepatic uman adult modele 3D multicelulare suficient de complexe încât să surprindă interacţiunile celulare din zona periportală. Această limitare a restrâns posibilităţile de studiu în cazul bolilor hepatice şi de dezvoltare a unor tratamente noi.
Un grup de cercetători, de la Institutul Max Planck de Biologie Celulară şi Genetică (MPI-CBG) din Dresda, Germania, a început să abordeze această problemă într-un studiu anterior din 2021, când cercetătorii au dezvoltat un organoid hepatic alcătuit din două tipuri celulare: colangiocite şi celule mezenchimale, însă modelul nu includea alte tipuri celulare periportale, în special hepatocitele, celulele care alcătuiesc cea mai mare parte din masa ficatului. Ulterior, echipa a reuşit să creeze un model de „generaţie următoare” la şoarece, alcătuit din trei tipuri de celule hepatice: hepatocite adulte, colangiocite şi celule mezenchimale, pentru a reconstrui regiunea periportală.
Într-un nou studiu, publicat miercuri în revista Nature, oamenii de ştiinţă au dezvoltat un organoid complex de periportal hepatic uman, specific fiecărui pacient. Modelul avansat include colangiocite umane adulte, celule mezenchimale hepatice şi hepatocite, derivate de la 28 de pacienţi.
Cercetătorii descriu combinarea acestor celule ca fiind un proces „asemănător jocului de Lego”, în care multiple tipuri celulare sunt asamblate împreună. După asamblare, celulele se auto-organizează în structuri 3D care reproduc in vitro (în laborator) aranjamentele celulare şi interacţiunile celulă - celulă întâlnite in vivo (în organism), în ţesuturi.
După primirea ţesutului de la pacienţi, echipa a trebuit să separe tipurile celulare şi să le multiplice în culturi celulare înainte de a le recombina, investigând condiţiile de cultură necesare pentru creşterea celulelor înainte de asamblare.
Ţesutul uman a fost furnizat de UKD Dresda şi de la Clinica de Chirurgie Viscerală, de Transplant, Toracică şi Vasculară din cadrul Centrului medical al Universităţii din Leipzig. Specialiştii au ajustat treptat condiţiile de cultură până au stabilit protocolul final folosit pentru obţinerea unui număr suficient de hepatocite umane.
Modelul a fost dezvoltat astfel încât să includă canalicule biliare (structuri implicate în drenajul bilei către canalul biliar în regiunea periportală). Potrivit cercetătorilor, perturbarea acestui sistem de drenaj biliar poate duce la leziuni hepatice şi la apariţia unor afecţiuni ale ficatului.
Includerea canaliculelor biliare a fost un obiectiv important penru cercetători, studiul de faţă descriind primul model complex de ficat uman, în afara organismului, care are căi biliare.
Pe baza modelelor dezvoltate, cercetătorii au creat o biobancă vie de organoizi de ficat proveniţi de la 28 de pacienţi, care pot fi congelaţi şi decongelaţi pentru reluarea culturilor atunci când este nevoie.
Potrivit autorilor, noul model hepatic uman evidenţiază trăsături specifice fiecărui pacient şi păstrează caracteristici structurale şi funcţionale esenţiale ale regiunii periportale a ficatului uman.
Echipa a depăşit o provocare majoră, deoarece reconstrucţia organizării multicelulare a ţesutului periportal şi a interacţiunilor celulare în afara organismului nu a mai fost posibilă până acum.
Cercetătorii explică faptul că aceste modele permit dezvoltarea şi controlul în laborator a diferitelor componente ale ficatului, ceea ce poate ajuta la înţelegerea modului în care celulele şi mediul acestora funcţionează împreună într-un ficat sănătos şi, atunci când aceste interacţiuni sunt alterate, cum apar boli precum fibroza biliară.
Autorii consideră că noile modele hepatice ar putea schimba modul în care sunt studiate şi tratate bolile ficatului. Conform echipei, noii organoizi hepatici ar putea sprijini dezvoltarea unor teste de diagnostic moderne, testarea siguranţei unor noi medicamente, îmbunătăţirea evaluării toxicităţii medicamentelor şi crearea de tratamente personalizate pentru pacienţii cu boli hepatice.
Dezvoltarea modelului a implicat o colaborare extinsă între cercetători, medici şi specialişti de la mai multe laboratoare din Leipzig şi Dresda.
