به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، محققان ژاپنی گزارش می‌دهند که افزودن اسیدهای صفراوی به عنوان آگونیست‌های گیرنده X فارنزوئید (FXR) به محیط کشت، رشد و  تکوین ارگانوئیدهای سه‌بعدی کبدی مشتق‌شده از سلول‌های بنیادی را حمایت می‌کند. این ارگانوئیدهای کبدی قادر به تکثیر طولانی‌مدت و پایدار بودند و ویژگی‌های مشابه هپاتوسیت‌ها را حفظ کردند. یافته‌های آن‌ها می‌تواند به تحقیقات آینده درباره بیماری‌های مزمن کبدی کمک کرده و منجر به رویکردهای درمانی جدید برای این بیماری‌ها شود.

تولید سلول‌های شبه‌هپاتوسیتی از انسانی سلول‌های iPSCs

سلول‌های بنیادی القایی پرتوان انسانی (iPSCs) می‌توانند به سلول‌های شبه‌هپاتوسیتی مشتق شده از iPSC (iPS-Heps) تمایز یابند. سلول‌های شبه‌هپاتوسیتی مشتق شده از iPSC انسانی برای غربالگری دارو، مدل‌سازی بیماری و پزشکی ترمیمی در دسترس هستند. از طرف دیگر، پروفایل‌های بیان ژنی و عملکرد iPS-Heps نسبت به هپاتوسیت‌های اولیه انسانی (PHHs) که از کبد بالغ انسان به دست آمده‌اند، نابالغ‌تر است. علاوه بر این، iPS-Heps و همچنین PHHs قابلیت تکثیر ندارند و نمی‌توان آن‌ها را برای مدت طولانی کشت داد. گروه ما و سایرین مکانیسم‌های مولکولی دخیل در تنظیم تمایز iPS-Hep را گزارش کرده‌اند. اخیراً گزارش شده است که فعال‌سازی گیرنده farnesoid X (FXR) و سیگنالینگ هورمون تیروئید برای بلوغ عملکردی iPS-Heps اهمیت دارد. از سوی دیگر، مطالعات قبلی نشان داده‌اند که iPS-Heps بلوغ کامل کبدی را کسب نکرده‌اند، چرا که بیان ژن‌های مرتبط با سلول‌های اپیتلیال روده نابالغ را حفظ کرده‌اند. همچنین، سلول‌های نابالغ موجود در iPS-Heps القا شده که فنوتیپ شبیه به کلانژیو‌سیت‌ها (سلول‌های مجرای صفراوی) را نشان می‌دهند، نسبت به سلول‌های شبه‌هپاتوسیتی توانایی تکثیر بیشتری دارند. حفظ کشت درازمدت iPS-Heps در شرایط آزمایشگاهی در حالی که ویژگی‌های هپاتوسیتی را حفظ کنند، همچنان دشوار است.

هدف از انجام این مطالعه

 اخیراً مطالعاتی برای حل مشکل نگهداری iPS-Hep از طریق کشت ارگانوئیدهای سه‌بعدی (3D) گزارش شده است. با این حال، در ارگانوئیدهای کبدی مشتق شده از iPSC که تاکنون گزارش شده، ویژگی‌های کیستی واضح است که نشان‌دهنده از دست رفتن فنوتیپ هپاتوسیتی در فاز رشد است. همچنین ارگانوئیدهای کبدی مشتق شده از iPSC انسانی که شامل سایر سلول‌های کبدی مانند سلول‌های ستاره‌ای کبد و سلول‌های کوپفر هستند، گزارش شده‌اند. اما این ارگانوئیدها پس از شکل‌گیری، ظرفیت تکثیر نداشته‌اند. بنابراین، تاکنون روش کشت برای ارگانوئیدهای مشتق شده از iPSC که از سلول‌های شبه‌هپاتوسیتی تشکیل شده و اجازه نگهداری طولانی‌مدت را می‌دهند، توسعه نیافته است. هدف این مطالعه ایجاد روش کشت نوینی برای ارگانوئیدهای مشتق شده از iPSC بود که تمرکز بر حفظ فنوتیپ شبه‌هپاتوسیتی همراه با قابلیت تکثیر آن‌ها باشد. مطالعات قبلی نشان داده‌اند که اسیدهای صفراوی به عنوان آگونیست‌های FXR عمل کرده و در بازسازی کبد نقش دارند. بنابراین، ما تلاش کردیم روش کشت نوین ارگانوئیدهای کبدی مشتق شده از iPSC (iHO) را با استفاده از سیگنالینگ FXR میانجی‌شده توسط اسیدهای صفراوی ایجاد کنیم. در سیستم کشت نوین ما، موفق به کشت طولانی‌مدت ارگانوئیدهای مشتق شده از iPSC با حفظ ویژگی‌های شبه‌هپاتوسیتی از نظر مورفولوژی و عملکرد از طریق سیگنالینگ اسید صفراوی-FXR شدیم، در حالی که فنوتیپ مجرایی که در iPS-Heps بلافاصله پس از تمایز مشاهده می‌شود، سرکوب شده است.

نقش کبد دربدن

کبد نقش حیاتی در سم‌زدایی مواد شیمیایی خون، حمایت از هضم و تنظیم فرآیندهای متابولیکی کلیدی دارد. هپاتوسیت‌ها که سلول‌های پارانشیمی کبد هستند، در انجام عملکردهای متنوع و منحصر به فرد کبد مرکزی هستند. پیشرفت‌های اخیر در فناوری زیستی و روش‌های کشت سلولی، امکان تولید سلول‌های شبه هپاتوسیت از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسانی (iPSC) را فراهم کرده است.

تولید سلول‌های شبه هپاتوسیت مشتق‌شده از iPSC

در حال حاضر، این سلول‌های شبه هپاتوسیت مشتق‌شده از iPSC (iPS-Heps) به طور گسترده برای غربالگری دارو، مدل‌سازی بیماری و پزشکی ترمیمی استفاده می‌شوند. با این حال، تغییر ویژگی‌های کبدی و رشد ضعیف در طولانی‌مدت، استفاده از آن‌ها را در تحقیقات بیماری‌های کبدی محدود کرده است. برای رفع این محدودیت‌ها، دانشمندانی از مؤسسه علوم توکیو (Science Tokyo) به همراه موسسه علوم پزشکی متروپولیتن توکیو و دانشگاه جونتندو، در مطالعه‌ای جدید ارگانوئیدهای سه‌بعدی کبدی نوآورانه‌ای را  تکوین داده‌اند. تیم تحقیقاتی شامل پروفسور سئی کاکینومه از دپارتمان علوم آزمایشگاهی تشخیصی و بالینی، پروفسور یاسوهیرو آساهینا، استادیار ماساتو میوشی و پژوهشگر پروژه تارو شیمیزو از دپارتمان گوارش و هپاتولوژی، Science Tokyo، ژاپن بودند. یافته‌های آن‌ها در مجله Cell Reports منتشر شده است.

اهمیت نیاز به ارگانوئیدهای کبدی

آساهینا در توضیح نیاز به ارگانوئیدهای کبدی نوین می‌گوید: «بسیاری از مکانیسم‌های پایه‌ای در بیماری‌هایی مانند سیروز کبدی و کارسینوم هپاتوسلولار هنوز ناشناخته‌اند. برای بررسی این شرایط بیماری، سیستم‌هایی مبتنی بر هپاتوسیت‌های انسانی مورد نیاز است. اما نگه‌داشتن ویژگی‌های هپاتوسیت و تکثیر طولانی‌مدت آن‌ها در کشت‌های آزمایشگاهی بسیار دشوار بوده است. این محدودیت، مدل‌سازی بیماری‌های مزمن کبدی که نیازمند مشاهده بلندمدت است را تحت تأثیر قرار می‌دهد

شیوه مطالعاتی

در مطالعه خود، محققان ابتدا کشت‌های دو بعدی سلول‌های iPS-Hep را از iPSCهای انسانی  تکوین دادند. سپس این سلول‌ها را در یک غشاء پایه حل‌شده برای ایجاد کشت‌های سه‌بعدی قرار دادند. برای حمایت از رشد و تکثیر ارگانوئیدهای کبدی سه‌بعدی، آن‌ها محیط کشت جدیدی به نام محیط iHO (ارگانوئید کبدی مشتق‌شده از iPSC) ایجاد کردند که علاوه بر سایر فاکتورهای رشد، شامل اسیدهای صفراوی نیز بود. شگفت‌انگیز بود که ارگانوئیدهای کبدی که با محیط iHO کشت شدند، ساختار خاصی شبیه خوشه انگور داشتند و نرخ تکثیر بالاتری نشان دادند. در مقابل، ارگانوئیدهای کشت شده بدون اسیدهای صفراوی عمدتاً ساختارهای کروی و کیستی شکل تشکیل دادند. همچنین، ارگانوئیدهای مشتق‌شده از iPSC می‌توانستند به عنوان کشت‌های زنده بیش از سه ماه حفظ شده و ویژگی‌های شبه هپاتوسیتی خود را حفظ کنند.

نتایج کسب شده از مطالعه

پس از  تکوین ارگانوئیدهای سه‌بعدی کبدی، دانشمندان به بررسی ویژگی‌های ذاتی هپاتوسیتی پرداختند. با تحلیل‌های جامع پروفایل بیان ژن، آن‌ها پروفایل بیان ژنی متمایزی یافتند که شباهت زیادی به هپاتوسیت‌های جنینی داشت. علاوه بر این، نتایج تجزیه و تحلیل پیشرفته توالی‌یابی ژن نقش مسیر سیگنال‌دهی گیرنده FXR را در حفظ بیان ویژگی‌های شبه هپاتوسیتی ارگانوئیدها نشان داد. برای تأیید تأثیر مسیر FXR، محققان مهارکننده‌های FXR را به محیط کشت افزودند. افزودن این مهارکننده‌ها به طور قابل توجهی تعداد ارگانوئیدهای خوشه‌ای شکل را کاهش داد.

تولید ارگانوئید مدل عفونت ویروس هپاتیت C

محققان با الهام از این یافته‌ها، مدل عفونت ویروس هپاتیت C را نیز در ارگانوئیدها به موفقیت ایجاد کردند. کاکینومه می‌گوید: «ارگانوئیدهای کبدی که در مطالعه ما  تکوین یافتند، قابلیت پشتیبانی از تکثیر ویروس‌های هپاتیتی را دارند که نشان‌دهنده پتانسیل وسیع آن‌ها برای کاربرد در روشن کردن پاتوفیزیولوژی بیماری‌های مزمن کبدی است؛ حوزه‌ای که تا پیش از این مطالعه بسیار دشوار بود.»  تکوین ارگانوئیدهای کبدی مشتق‌شده از سلول‌های بنیادی توسط محققان Science Tokyo نوید آغاز دوره‌ای جدید در تحقیقات آینده درباره بیماری‌های کبدی را می‌دهد و می‌تواند منجر به استراتژی‌های درمانی نوینی شود.

پایان مطلب/.