Ученые впервые пересадили обезьяне органоиды гипофиза из человеческих стволовых клеток

Гипофиз отвечает за выработку гормонов, которые важны почти для всех систем организма. Если его деятельность нарушается, восстановить нормальную работу этого органа весьма сложно. Японские ученые решили проверить, можно ли компенсировать утрату гормональной активности гипофиза, используя клетки, полученные из человеческих эмбриональных стволовых клеток. Сперва эксперимент провели на мышах, а после на обезьяне — и получили результат, который может стать важным шагом на пути к разработке клеточной терапии гипопитуитаризма.

Гипофиз представляет собой небольшую эндокринную железу, которая вырабатывает гормоны, регулирующие работу некоторых других эндокринных желез и управляющие ростом, обменом веществ, репродуктивной функцией и реакцией на стресс. 

Этот эндокринный орган расположен у основания мозга в специальном костном углублении — турецком седле. Непосредственно над ним находится гипоталамус — важнейший центр регуляции гормональной системы. Гипоталамус и гипофиз тесно связаны между собой: первый передает второму сигналы, определяющие, когда и в каком количестве вырабатывать те или иные гормоны.

Один из важных гормонов, которые вырабатывает гипофиз, — адренокортикотропный гормон, или АКТГ. Он воздействует на кору надпочечников, стимулируя выработку кортизола, который помогает сохранять нормальное артериальное давление и не допускать чрезмерного снижения уровня сахара в крови.

Если работа гипофиза нарушится, у человека может развиться гипопитуитаризм — эндокринное заболевание, при котором железа вырабатывает недостаточное количество одного или нескольких гормонов. В результате могут возникнуть проблемы со щитовидной железой, надпочечниками и половыми железами.

Пациентам с подобными нарушениями может потребоваться длительная заместительная гормональная терапия. Она помогает компенсировать недостаток гормонов, но не всегда точно воспроизводит естественные колебания их уровня.

Исследователи ищут способы восстановить не только уровень гормонов, но и способность организма самостоятельно их вырабатывать. Один из таких подходов связан со стволовыми клетками — своеобразным «сырьем», из которого можно получить специализированные клетки разных типов, фрагменты тканей и органоиды — небольшие структуры, которые частично воспроизводят устройство и функции органов. 

Междисциплинарная команда исследователей из Нагойского университета в Японии под руководством Хидэтака Суга (Hidetaka Suga) попыталась выяснить, можно ли восстановить утраченную функцию гипофиза с помощью клеток, выращенных из человеческих эмбриональных стволовых клеток. Из них ученые получили органоиды гипофиз–гипоталамус, содержащие клетки передней доли гипофиза, способные вырабатывать адренокортикотропный гормон (АКТГ).

Главный вопрос заключался не в том, можно ли получить такие клетки в лаборатории — это уже было показано в предыдущих работах группы. На этот раз ученые хотели выяснить, смогут ли они прижиться после пересадки в живой организм и сохранить способность вырабатывать гормон.

Эксперимент состоял из двух этапов. Сначала Суга и его коллеги проверили полученные органоиды на мышах с удаленным гипофизом, а затем на примате.

На первом этапе участвовала 71 взрослая мышь. Ученые пересаживали органоиды в три разных места: в подкожную жировую ткань подмышечной области, в паховую подкожную жировую ткань или в мышцу. 

Почему именно под кожу? Для будущей клинической терапии специалисты хотят избежать операции на мозге. Подкожный способ пересадки не требует такого вмешательства, а состояние трансплантата можно относительно легко контролировать и при необходимости удалить его.

Через шесть месяцев у грызунов с пересаженными органоидами концентрация АКТГ была значительно выше, чем у животных из контрольной группы. Клетки не просто остались в организме — они действительно вырабатывали гормон. Причем результат наблюдался вне зависимости от того, в какое именно место помещали органоиды.

У животных с гипопитуитаризмом ухудшалось состояние и снижалась масса тела. Пересадка органоидов не только повысила АКТГ, но и увеличила продолжительность жизни мышей по сравнению с контрольной группой. Мыши с трансплантатами жили статистически дольше тех, кто его не получил. 

Затем исследователи перешли к эксперименту на примате. Они пересадили 1440 органоидов в подкожную жировую ткань спины макаке-крабоеду (Macaca fascicularis), которой предварительно удалили гипофиз. Поскольку донорский материал происходил от другого вида, существовал риск сильной иммунной реакции, поэтому животному давали препараты, подавляющие иммунитет. 

В течение шести недель после операции трансплантат сохранял гормональную активность. В крови макаки повысились уровни АКТГ и кортизола. Кроме того, за этот период замедлилась потеря массы тела, вызванная гормональным дефицитом.

Через три месяца клетки трансплантата все еще обнаруживались в подкожной ткани, причем в них сохранялась экспрессия АКТГ. Однако вместе с тем выявили серьезную проблему: вокруг большинства органоидов наблюдались лимфоциты и гистиоциты, а иммуногистохимия показала присутствие макрофагов, Т- и В-лимфоцитов. Иными словами, вокруг трансплантата наблюдались признаки иммунного отторжения. 

Отдельное внимание ученые уделили безопасности. При использовании органоидов существует риск, что клетки выйдут за пределы места пересадки и начнут распространяться в других органах. Исследователи проверили печень и легкие, но в изученных образцах не обнаружили гистологических признаков распространения клеток трансплантата.

Команда Суга планирует продолжить исследования. В частности, собирается увеличить срок работы трансплантата и подобрать более безопасные способы подавления иммунного ответа. 

Научная работа опубликована в журнале Stem Cell Research & Therapy.