Organoidai: mokslo naujovė, keičianti ligų tyrimus, diagnostiką ir gydymą

Kas yra organoidai? Kodėl jie tapo vienu inovatyviausiu ir pažangiausių ligų tyrimų modeliu? Kodėl žarnyno organoidų modeliai ir jų tyrimai gali padėti suprasti įvairių kompleksinių ligų, kaip opinis kolitas ar Krono liga, patogenezę? Apie organoidų modelius ir jų taikymo proveržį Lietuvos sveikatos mokslų universitete (LSMU) sutiko papasakoti LSMU Virškinimo sistemos tyrimų instituto Klinikinės ir molekulinės gastroenterologijos laboratorijos vyriausioji mokslo darbuotoja, profesorė Jurgita Skiecevičienė.

Tapo Metų metodu ir suklestėjo

„Tyrimus su organoidais vienas įtakingiausių ir labiausiai cituojamų mokslo žurnalų „Nature“ prieš šešerius metus išrinko Metų metodu – tai rodo jo svarumą ir didelę svarbą visai medicinos ir sveikatos mokslų sričiai. Taip ir įvyko: per pastarąjį laikotarpį organoidai pradėti taikyti ne tik fundamentaliems tyrimams – analizuoti ligų mechanizmus, ląstelės biologiją, bet taip pat ir vaistų gamyboje, regeneratyviojojoje medicinoje bei daugelyje kitų sričių“, – pastebėjo prof. J. Skiecevičienė.

Pasak profesorės, organoidai dažniausiai formuojami iš vadinamųjų pliuripotentinių kamieninių ląstelių. Davus tam tikrą biologinį signalą, ląstelių augimą įmanoma pakreipti norima kryptimi. Taip pat organoidų galima užauginti iš jau paimtų medicininių audinių.

Toks vieno ar kito organo ląstelių modelis, tapęs mažąja in vitro, t.y., dirbtine sistema, jau pritaikomas itin plačiai – tarkime, įmanoma vadinamosiomis „genų žirklėmis“

(CRISPR–CAS technologijomis) „ištaisyti“ tam tikras mutacijas, genomo klaidas – pasaulyje jau įrodyta, kad tai įmanoma padaryti cistinės fibrozės mutacijos atveju.

Organoidai tinka ir maisto produktų analizei: būtent taip ir paaiškėjo perteklinio cukraus žala.

Vėliau tyrimą pakartojus su laboratorinėmis pelėmis, didžiuma gavusiųjų perteklinio cukraus išgaišo nesulaukę eksperimento pabaigos. O štai graužikų, šertų daug skaidulų turinčiu maistu, žarnyno sveikata pagerėjo.

„Vadinasi, tiesiogiai mūsų vartojamas maistas gali veikti ląstelių metabolizmą ir netgi paskatinti atkuriamuosius, gijimo procesus“, – pabrėžė prof. J. Skiecevičienė.

Mokslas jau žengia ir toliau

Mokslo tyrimuose su organoidais LSMU jau pažengta ir toliau: formuojamos ko-kultūros, apimančios žarnyno epitelines (organoidų kilmės) ir imunines ląsteles, taip pat dirbama su bakterijų ir epitelinių ląstelių ko-kultūromis. Pasitelkus tokias sudėtingas sistemas, siekiama atkurti organizme esančias ląstelių sąveikas ir jas panaudoti fundamentiniuose tyrimuose (pvz., šeimininko ir bakterijų sąveika) ar ikiklinikiniuose tyrimuose (pvz.,vaistų tyrimuose).

Kita plati organoidų tyrimų sritis – bioinžinerija atkuriamajai transplantacijai. Mokslininkai pasaulyje šiuo metu ieško vadinamųjų karkasų pažeistoms organo dalims atkurti: tarkime, pašalintos žarnos segmentai „užsodinami“ išaugintomis sveikomis organoidų epitelinėmis ląstelėmis, kuriami dirbtiniai hidrogelio sistemų asambloidai, eksperimentuojama in vivo (t.y., gyvo organizmo) sąlygomis, kai pelės organizme pašalinus epitelio sluoksnį, įdedama dalis žmogaus epitelinių ląstelių ir stebima, kaip jos prigyja, auga ir išlaiko savo struktūrą.

Atlieka pažangius tyrimus

Jau beveik 20 metų LSMU Virškinimo sistemos tyrimų instituto Klinikinės ir molekulinės gastroenterologijos laboratorijos mokslininkų grupė atlieka pažangius uždegiminių žarnyno ligų – opinio kolito, Krono ligos – tyrimus. Opinis kolitas pažeidžia storąją žarną, Krono liga – storąjį bei plonąjį žarnyną, kartais – netgi virškinamąjį traktą.

LSMU mokslininkai intensyviai dirba šių ligų genetinių tyrimų srityje: prisidėjo prie didelių viso genomo analizės studijų, taip pat, aiškindamiesi Krono ligos ir opinio kolito genetines patologijas, prisidėjo prie egzomo studijų.

„Esame atlikę daug mikrobiomo studijų – prisidėjome išsiaiškinant, kad pakinta ne tik sergančio paciento mikrobiomo įvairovė – bet netgi ir jo pirmos eilės giminaičio mikrobiomo įvairovė yra žymiai menkesnė, nei sveikų žmonių“, – vieną įdomesnių atradimų prisiminė prof. J. Skiecevienė.

LSMU Virškinimo sistemos tyrimų instituto Klinikinės ir molekulinės gastroenterologijos laboratorijoje atliekamos studijos, kuriuose bandomi pažangūs biologinės terapijos vaistai, in vitro sistemose.

Ateičiai suplanuoti projektai, kuriuose bus tyrinėjami iš maisto patenkantys metabolitai, kuriuos skaido bakterijos: mokslininkai ieškos, kaip jie galėtų prisidėti mažinant uždegimą. Yra tyrimų, kuriuose kartu auginant bakterijas ir epitelines ląsteles, tiriami bendravimo tarp bakterijų ir ląstelių mechanizmai.

Šiemet kartu su partneriais iš Kylio Christian-Albrecht universiteto pradėtas ES fondų finansuojamas projektas, kuriame LSMU Virškinimo sistemos mokslininkų grupė kokoordinuoja didelį projektą „MiGut health“ (https://www.migut-health.eu), skirtą personalizuotai uždegiminių žarnyno ligų medicinai.Projektui gautas „Horizon Europe“ programos finansavimas.

Projekte bus siekiama nustatyti ankstyvus ligos diagnostikos biožymenis, personalizuotas prevencijos priemones, kaip, tarkime, mityba, gyvenimo būdo stebėsena, e-sveikatos įrankiai.

LSMU mokslininkų grupė labai intensyviai tyrinės iš maisto atkeliaujančius metabolitus, kuriuos skaido bakterijos, tirs, kaip tai susiję su uždegimo statusu, jo mažinimu.