Абудль Латиф Джамиль
Лаборатория по изучению бедности (J-PAL)
Институт Пиковера по изучению процессов обучения и памяти
Школа гуманитарных, художественных и социальных наук
Шварцманов колледж вычислительной техники MIT

Инъекционные «спутниковые печени» могут стать альтернативой трансплантации печени

Изображения для скачивания на сайте пресс-службы MIT News доступны некоммерческим организациям, прессе и широкой публике по лицензии Creative Commons «Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных». Вы не можете изменять предоставленные изображения, кроме обрезки по размеру. При воспроизведении изображений должна использоваться надпись с указанием авторства, если она предоставлена.

Более 10 000 американцев с хроническими заболеваниями печени находятся в списке ожидания пересадки печени, но донорских органов недостаточно для всех этих пациентов. Кроме того, многие люди с печеночной недостаточностью не подходят для трансплантации, поскольку их состояние слишком плохо для перенесения операции.

Чтобы помочь таким пациентам, инженеры MIT разработали «мини-печени», которые можно вводить в организм инъекцией, и которые могли бы взять на себя функции умирающей печени.

В новом исследовании на мышах исследователи показали, что эти введенные печеночные клетки могут оставаться жизнеспособными в организме как минимум два месяца и способны вырабатывать многие ферменты и другие белки, которые продуцирует печень.

«Мы рассматриваем это как спутниковые печеночные ткани. Если мы сможем доставлять эти клетки в организм, оставляя больной орган на месте, это обеспечит функцию поддержки», — говорит Сангита Бхатия, профессор медицины и технологий Джона и Дороты Уилсон и профессор электротехники и информатики в MIT, член Института Коха по интегративным исследованиям рака и Института медицинской инженерии и науки (IMES).

Бхатия — старший автор нового исследования, опубликованного сегодня в журнале Cell Biomaterials. Соисследователь и ведущий автор статьи — постдоктор MIT Вардхман Кумар.

Человеческая печень участвует примерно в 500 жизненно важных функциях, включая регулирование свертываемости крови, удаление бактерий из кровотока и метаболизм лекарств. Большинство этих функций выполняют клетки, называемые гепатоцитами.

За последнее десятилетие лаборатория Бхатии работала над способами восстановления функций гепатоцитов без хирургической пересадки печени. Одним из подходов является встраивание гепатоцитов в биоматериал, например в гидрогель, но такие гели также требуют хирургической имплантации.

Другой вариант — вводить гепатоциты инъекционно, что устраняет необходимость в хирургии. В этом исследовании команда Бхатии стремилась улучшить эту стратегию, создав инженерную нишу, которая могла бы повысить выживаемость клеток и облегчить неинвазивный мониторинг состояния трансплантата.

Для этого исследователи предложили идею вводить клетки вместе с гидрогелевыми микросферами, которые помогали бы им удерживаться вместе и формировать связи с близлежащими кровеносными сосудами. Эти сферы обладают особыми свойствами: при плотной упаковке они ведут себя как жидкость, поэтому их можно пройти через шприц, а затем они восстанавливают свою твердую структуру уже внутри организма.

В последние годы исследователи изучали использование гидрогелевых микросфер для ускорения заживления ран, поскольку они помогают клеткам мигрировать в пространства между сферами и строить новую ткань. В новом исследовании команда MIT адаптировала их, чтобы помочь гепатоцитам сформировать стабильный тканевый трансплантат после инъекции.

«Мы использовали эту технологию, чтобы создать инженерную нишу для трансплантации клеток», — говорит Кумар. «Если клетки вводить без этих сфер, они не интегрируются с хозяином эффективно, но эти микросферы предоставляют гепатоцитам нишу, где они могут оставаться локализованными и подключаться к циркуляции хозяина гораздо быстрее».

Вводимая смесь также включает фибробласты — поддерживающие клетки, которые помогают гепатоцитам выживать и стимулируют рост кровеносных сосудов в ткани.

Работая с Николь Хеннинг, специалистом по ультразвуку в Институте Коха, исследователи разработали способ инъекции клеточной смеси с использованием шприца под контролем ультразвука. После инъекции исследователи также могут использовать ультразвук для мониторинга долгосрочной стабильности имплантата.

В этом исследовании мини-печени вводили в жировую ткань брюшной полости. В будущем подобные трансплантаты можно будет доставлять в другие участки тела, например в селезенку или вблизи почек. Пока у них достаточно пространства и доступа к сосудам, введенные гепатоциты могут функционировать аналогично гепатоцитам в печени.

«Для подавляющего большинства заболеваний печени трансплантат не обязательно должен находиться рядом с печенью», — отмечает Кумар.

Вexperiments на мышах исследователи вводили смесь печеночных клеток и микросфер в область жировой ткани, известную как перигональное жировое депо. После локализации клетки формируют стабильную компактную структуру. Со временем в область трансплантата начинают врастать кровеносные сосуды, помогая введенным гепатоцитам оставаться здоровыми.

«Новые кровеносные сосуды формировались прямо рядом с гепатоцитами, поэтому они смогли выжить», — говорит Кумар. «Они получали необходимые питательные вещества прямо к ним, могли функционировать так, как им положено, и продуцировали ожидаемые белки».

После инъекции клетки оставались жизнеспособными и могли секретировать специализированные белки в кровоток хозяина в течение восьми недель — времени исследования. Это указывает на то, что терапия потенциально может работать как долговременное лечение заболеваний печени, полагают исследователи.

«Мы рассматриваем эту технологию как альтернативу хирургии, но она также может служить мостом к трансплантации: эти трансплантаты могут обеспечивать поддержку до тех пор, пока не станет доступен донорский орган», — говорит Кумар. «И если потребуется дополнительная терапия или дополнительные трансплантаты, барьеры для этого гораздо ниже при использовании инъекционной технологии, чем при повторной операции».

При текущей версии технологии пациентам, вероятно, придется принимать иммуносупрессивные препараты, но исследователи изучают возможность создания «скрытных» гепатоцитов, которые могли бы избегать распознавания иммунной системой, либо использования гидрогелевых микросфер для локальной доставки иммуносупрессантов.

Исследование финансировалось грантом поддержки Института Коха (основным) от Национального института рака, Национальными институтами здравоохранения, программой Wellcome Leap HOPE, стипендией для аспирантов Национального научного фонда и Институтом медицинских исследований Говарда Хьюза.

Financial Times отмечает работу профессора Сангиты Бхатии и старшего постдока Вардхмана Кумара по разработке инъекционных «мини-печеней», тканевых трансплантатов, которые «могут выполнять некоторые жизненно важные функции печеночных клеток: помогать в свертывании крови, детоксифицировать кровоток и расщеплять лекарства. Инъекционные трансплантаты, как предполагают авторы, также можно использовать как временное лечение, пока пациенты ожидают пересадки, а дополнительные инъекции позволят увеличить дозу», пишет Anjana Ahuja.

Исследователи MIT также были отмечены в Newsweek: «Мини-печени можно ввести в организм, чтобы помочь взять на себя функции умирающей печени», пишет Ian Randall. «Если технология будет реализована клинически, она может стать спасением для многих из более чем 10 000 американцев с хроническими заболеваниями печени, ожидающих пересадки», добавляет Randall.