Inżynieryjna produkcja tkanki wątroby z zarodkowych komórek macierzystych
W odróżnieniu od dorosłych komórek macierzystych, ESC (uzyskane z zarodków) mogą ulegać różnicowaniu w jakikolwiek pożądany typ komórki lub tkanki. W przypadku komórek wątroby, czyli hepatocytów, wytworzonych metodami inżynieryjnymi, istnieje jednak parę problemów komplikujących ten proces, takich jak mieszane populacje komórek, niska aktywność metaboliczna i długotrwałe odróżnicowywanie. Uczestnicy projektu MICROLIVERMATURATION (Gene network-based maturation of embryonic stem cell-derived hepatocytes in a microfabricated array) starali się rozwiązać ten problem. Badacze z projektu MICROLIVERMATURATION wyszli z założenia, że modulacja aktywności czynników transkrypcyjnych może upodobnić odróżnicowane hepatocyty do dorosłych. Aby stworzyć i zoptymalizować 16-dniowy, odtwarzalny protokół, użyto zaawansowanego mikrofluidowego urządzenia zwanego macierzą żywych komórek (LCA). LCA ma biblioteki reporterowych białek zielonej fluorescencji (GFP) do badań przesiewowych, monitorowania, wyjaśniania i kontroli zdarzeń transkrypcyjnych. Stworzono żywe, niedojrzałe hepatocyty typu płodowego, które dokonują ekspresji alfa-fetoproteiny i albuminy. Komórki te były wysoce homogeniczne i podobne do ludzkich hepatocytów. Zidentyfikowano trzech naturalnych agonistów, czyli związki wiążące się do receptora i aktywujące odpowiedź biologiczną. Jest to niezbędne dla aktywności czynników transkrypcyjnych i dojrzewania metabolicznego komórek. Badacze projektu poczynili duże postępy w dziedzinie wymogów żywieniowych zawartych w zoptymalizowanym protokole. Prace pokazały, że wzmożona glikoliza hPSC stymuluje produkcję Ac-CoA, a następnie acetylację histonów. Aktywacja mitochondrialna w pierwszych godzinach różnicowania blokuje ten szlak, powodując deacetylację i generując komórki typu macierzystego. Mikrobiom jelitowy okazał się niezwykle ważny w produkcji kluczowych metabolitów, kontrolujących późny etap dojrzewania hepatocytów. Przy przejściu z odżywiania łożyskowego do doustnego, wątroba płodowa jest wystawiona na nowe, wywodzące się z mikrobiomu jelitowego metabolity, które indukują hepatocyty do nabycia dorosłego fenotypu. Badanie pokazało, że wywodzący się z mikrobiomu kwas litocholiczny i witamina K2 działają synergistycznie, aby indukować receptor pregnanu X oraz aktywować powstający metabolizm leków w hPSC. Prace MICROLIVERMATURATION są pierwszymi, których skutkiem jest wytworzenie z hPSC w pełni funkcjonalnych hepatocytów do badań przesiewowych toksyczności leków. Wyniki pokazały toksyczność 12 związków z istotną dokładnością ponad 95%. Wyniki badania zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie naukowym Cell Metabolism and Hepatology.
Słowa kluczowe
Wątroba, zarodkowe komórki macierzyste, hESC, hepatocyty, macierz żywych komórek, mikrobiom jelitowy, toksyczność leków
