Учёные создали функциональные ацинарные клетки поджелудочной железы для изучения рака

Ацинарный органоид поджелудочной железы, состоящий из поляризованных ацинарных клеток с увеличенным комплексом Гольджи (голубой) и экспрессирующих пищеварительный фермент карбоксипептидазу (пурпурный). Просвет, содержащий жидкость, секретируемую клетками, помечен фаллоидином (жёлтый), ядра клеток окрашены в синий. Автор: Каролина Куодите/ Рашмипарвати Кешара и др./ MPI-CBG

Органоиды — это трёхмерные миниатюрные модели органов, выращенные в чашке Петри. Они стали ценным инструментом для изучения развития человека, регенерации органов, их функции и прогрессирования заболеваний. Органоиды, полученные из тканей пациентов или созданные с помощью клеточной и генной инженерии, позволяют исследователям изучать, как определённые белки или их варианты влияют на эти процессы.

Однако современные подходы к одновременному изучению множества генов имеют ограничения. Они не дают полной картины того, как клетки меняют форму и перемещаются в ответ на генетические и молекулярные изменения. Скрининг на основе высокопроизводительной визуализации (high-content image-based screens) предлагает лучшее решение для этого, но его реализация и анализ сопряжены с трудностями.

Исследователи из группы Анны Грапен-Боттон, директора Института молекулярной клеточной биологии и генетики Макса Планка (MPI-CBG) в Дрездене (Германия), а также почётного профессора Дрезденского технического университета, совместно со Студией технологического развития MPI-CBG разработали систему для одновременного тестирования множества различных соединений (молекул) с использованием панкреатических органоидов, состоящих из клеток-предшественников поджелудочной железы человека.

С помощью скрининга на основе высокопроизвольной визуализации — метода получения детальных изображений клеток в органоидах — и количественного многомерного анализа для обработки данных с этих изображений, учёным удалось выявить изменения в клетках.

От сферы к форме розетки

«В результате скрининга 538 соединений мы обнаружили 54 соединения, которые оказали значительное влияние на органоиды-предшественники поджелудочной железы. Я особенно сосредоточилась на соединениях, влияющих на идентичность клеток, а также на форму органоидов, и определила ингибиторы белка GSK3A/B. Когда этот белок ингибируется, активируется сигнальный путь WNT, что приводит к экспрессии генов, характерных для ацинарных клеток.

Хотя мы наблюдали увеличение экспрессии этих генов при ингибировании GSK3A/B, клетки не полностью дифференцировались в ацинарные. Чтобы достичь нашей цели — дифференцировки ацинарных клеток — мы оптимизировали среду, в которой растут клетки», — объясняет Рашмипарвати Кешара, ведущий автор исследования и бывший докторант группы Грапен-Боттон.

«Мы наблюдали, что удаление фактора роста FGF привело к дальнейшей дифференцировке наших органоидов и формированию структур, похожих на розетки. Мы были очень рады это видеть, поскольку самоорганизация и формирование таких структур является характерной чертой ацинарных клеток в живом организме», — говорит Каролина Куодите, ещё один автор исследования и постдокторант в группе Грапен-Боттон.

Функциональные ацинарные клетки поджелудочной железы

С помощью электронной микроскопии исследователи обнаружили внутри клеток крошечные везикулы, которые являются типичным признаком продуцирующих ферменты панкреатических ацинарных клеток. Затем они протестировали функциональность ацинарных клеток, подтвердив, что они действительно производят функциональные ферменты, такие как амилаза и трипсин, важные для пищеварения.

«Считается, что ацинарные клетки являются основным фактором, способствующим развитию рака поджелудочной железы. Мы очень рады представить протокол для создания человеческих ацинарных клеток с беспрецедентной функциональностью в органоиде поджелудочной железы человека», — говорит Грапен-Боттон, курировавшая исследование.

«Наш простой протокол с очень небольшим количеством компонентов для дифференцировки ацинарных клеток имеет потенциал для углубления нашего понимания развития поджелудочной железы и может привести к открытию новых терапевтических мишеней для рака поджелудочной железы». Исследователи планируют в дальнейшем оценить инициацию рака поджелудочной железы человека с помощью своей системы.

Источник: Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics

Интересный факт: Рак поджелудочной железы является одним из самых агрессивных и сложных для лечения онкологических заболеваний, с низким общим показателем пятилетней выживаемости. Разработка точных моделей, таких как органоиды, позволяет изучать болезнь в контролируемых условиях и тестировать потенциальные лекарства без необходимости проведения экспериментов на животных или пациентах на ранних стадиях исследований.