С помощью реалистичных копий органов - так называемых 3D-органоидов - можно хорошо исследовать болезненные процессы. Команда из Вюрцбургского университета представила своего рода план такой модели шейки матки.
Несколько стволовых клеток, различные факторы роста, четыре-шесть недель - и, конечно же, требуется большой опыт для создания миниатюрной, но реалистичной и функциональной копии шейки матки в лаборатории.
Как работает этот процесс, подробно показано в новой публикации, опубликованной в журнале Nature Protocols. Ответственным за это является Dr. Синдрилла Чумдури, руководитель группы кафедры микробиологии Вюрцбургского университета им. Юлиуса Максимилиана (JMU). Биолог-инфекционист и онкобиолог давно занимается исследованием физиологических процессов в тканях шейки матки. Особенно ее интересуют условия, при которых там развивается рак.
«До сих пор науке не хватало системы, которая бы точно отражала клеточные, физиологические и функциональные свойства различных типов клеток шейки матки», - говорит Чумдури. Это усложнило изучение нормальной физиологии, развития болезней и инфекционных процессов.
Трехмерные органоиды, которые она разработала, открывают «новые возможности для исследования биологии шейки матки, инфекций и развития рака». Новые приложения в персонализированной медицине, поиск новых активных веществ, вмешательство в геном, моделирование заболеваний: с помощью органоидов ученые теперь могут применять все это на практике гораздо проще, чем раньше.
Шейка матки выполняет множество функций
Шейка матки - сложная структура. Одной из его важнейших задач является, с одной стороны, обеспечение прохода сперматозоидов в полость матки, чтобы могло произойти оплодотворение яйцеклетки. С другой стороны, он должен защищать женский тренировочный тракт от опасных захватчиков, таких как грибки, вирусы и бактерии, а также от растущих инфекций. Кроме того, в конце беременности он должен иметь возможность значительно расшириться, чтобы через него мог пройти плод.
Анатомически шейка матки образует связь между полостью матки и влагалищем. Он состоит из так называемого эндоцервикса, граничащего с маткой, и эктоцервикса, выдающегося во влагалище. Они выстланы различными типами клеток: в то время как в эндоцервиксе есть столбчатый эпителий, в эктоцервиксе есть многослойный плоский эпителий. Там, где встречаются две области, они образуют переходную зону и особенно восприимчивы к инфекции и регенерации тканей. Например, большинство случаев рака шейки матки возникает именно там.
Стволовые клетки в качестве исходного материала
Синдрилла Чамдури и ее команда использовали взрослые эпителиальные стволовые клетки в качестве исходного материала для разработки трехмерных органоидов шейки матки. Они были взяты при биопсии как из эндо-, так и из эктоцервикса. С помощью уникальных комбинаций факторов роста и различных методов культивирования они воспроизвели естественную трехмерную архитектуру и состав ткани, а также функциональные свойства исходной ткани и смогли сохранить ее в течение длительного периода времени.
В более обширных экспериментах ученые также генетически манипулировали стволовыми клетками.«Мы имплантировали гены ВПЧ вируса папилломы человека в стволовые клетки, ответственные за развитие рака», - говорит Чумдури. Возможно, это могло бы решить загадку, которую наука долго пыталась разгадать.
Смертельные коинфекции
Поскольку известно, что ВПЧ является движущей силой большинства случаев рака шейки матки, инфицирование вирусом не является синонимом злокачественного новообразования ткани: текущие статистические данные предполагают, что около 80 процентов всех женщин заразиться ВПЧ в течение жизни. Однако только у 1,6% из них развивается рак шейки матки.
В настоящее время предполагается, что существуют и другие факторы, повышающие риск рака шейки матки, например коинфекция другими возбудителями, передающимися половым путем, такими как бактериальный патоген Chlamydia trachomatis. Генетически модифицированные эктоцервикальные органоиды человека теперь позволяют Чумдури и ее команде более тщательно изучить долгосрочные последствия вирусной инфекции на плоскоклеточный эпителий шейки матки и вклад коинфекций с другими патогенами, такими как Chlamydia trachomatis.
Большой потенциал для дальнейшего прогресса
«Эндоцервикальные и эктоцервикальные органоиды являются идеальными, почти физиологическими трехмерными эпителиальными тканями для изучения и моделирования биологии шейки матки, взаимодействий между хозяином и патогеном и развития заболевания», - говорит ученый. Кроме того, они идеально подходят для изучения реакции органа на устойчивые к антибиотикам возбудители.
Органоиды также позволяют изучать реакцию эпителия шейки матки на гормональные изменения и их влияние на регенерацию стволовых клеток, выработку слизи и врожденную защиту от патогенов. Их долгосрочная культивируемость дает уникальную возможность более внимательно изучить хронические или повторяющиеся инфекции и их влияние на клетки-хозяева.
Синдрилла Чамдури убеждена: «В целом, органоидная модель шейки матки предлагает большой потенциал для дальнейших исследований в области биологии женских половых путей».