Lever "knopper" - små klumper av funksjonelt tredimensjonalt menneskelig levervev - ble dyrket fra en blanding av stamceller. Foto av Takanori Takebe
Hvis du lider av leversvikt og har behov for en transplantasjon, er oddsen dyster. Akutt leversvikt kan forårsake død i løpet av noen måneder eller uker fra symptomene først dukker opp, og sjansene for å få en levertransplantasjon er slanke - det er nesten 17 000 mennesker i USA som venter på en lever akkurat nå, og den gjennomsnittlige ventetiden kan nærme seg et år i lengden.
Dette er grunnen til at forskere bestreber seg på å finne ut alternative måter å generere erstatningselver, mest ved å manipulere induserte stamceller for å utvikle levervev. Nylig tok et team av forskere fra Japan et stort skritt frem mot dette målet, ved å bruke stamceller til å vokse små, rudimentære klumper av lever som fungerte effektivt når de ble implantert i mus, produserer proteiner og filtrerte ut kjemikalier som normale lever gjør.
Gruppen presenterte foreløpige rapporter om deres suksess i fjor på årsmøtet til International Society for Stem Cell Research, men avslørte ikke alle detaljer før i dag, i en studie publisert i Nature . Selv om det er langt fra sikkert at metoden deres noen gang vil resultere i en erstatningslever - og selv om den gjør det, vil det gå år før den er bevist som trygg og effektiv for mennesker - representerer bragden det første funksjonelle menneskelige organet, om enn lite- skala, som bare ble dyrket fra stamceller.
Forskerne, ledet av Takanori Takebe fra Yokohama City University, jobbet med induserte pluripotente stamceller, som er som embryonale stamceller ved at de er i stand til å utvikle seg til enhver mulig type menneskelig vev, men produseres ved å manipulere normale voksne somatiske celler . På grunn av de etiske bekymringene som er knyttet til høsting av stamceller fra menneskelige embryoer - sammen med det faktum at det i USA er mange lovlige begrensninger mot å gjøre det - bruker nå de fleste forskere på området denne typen stamceller i stedet.
Forskerne startet med å bruke spesielle kjemiske signaler for å be disse stamcellene, som vokser i en petriskål, til å utvikle seg til generaliserte leverceller kjent som hepatocytter, slik det er gjort i deres tidligere forskning. Deres virkelige triks var imidlertid det som kom etterpå. For å etterligne utviklingen av levervev i normale menneskelige embryoer, blandet de i to andre typer celler: endotelceller (som linjer innsiden av blodkarene) og mesenkymale stamceller (som kan utvikle seg til fett, brusk eller bein).
Alle disse cellene ble plassert i et todimensjonalt arrangement i petriskålene, men i løpet av de neste to dagene organiserte de seg selv i tredimensjonale leverknopper, som var omtrent fem millimeter lange og ligner den tidlige fasen av leverutviklingen i sunne menneskelige embryoer, omtrent fem uker etter befruktning. Under et mikroskop ble knoppene vist å ha den samme organisatoriske blandingen av hepatocytter og blodkar som normalt er tilstede i levervevet.
Teamet har angivelig prøvd ut hundrevis av forskjellige kombinasjoner av celletyper lagt i forskjellige stadier og i forskjellige mengder før de kom frem til den presise cocktailen som førte til vekst av leverknopper, en prosess som tok mer enn ett år. De ga ut en time-lapse-video som viser den vellykkede celleblandingen spontant absorberende næringsstoffer og vokser til en leverknopp (en spesialfarget versjon vises til venstre):
De satte disse leverknoppene på prøve ved å implantere dem i mus, enten i bukhulen eller i hodeskallene. En rekke tester viste at disse rudimentære leverene var i stand til å utføre alle de samme funksjonene som modne menneskelver - produsere de samme proteiner, filtrere ut alle de samme stoffene og, avgjørende, metabolisere bestemte kjemikalier som menneskelig levervev normalt kan takle, men mus levervev kan ikke.
Det er fremdeles en enorm mengde forskning som er nødvendig før denne prosessen kan brukes til å produsere erstatning av levervev for mennesker - Takebe gjetter at det vil gå omtrent ti år før de første menneskelige kliniske forsøkene kan begynne. For forskerne er de neste trinnene å generere leverknopper som likner normalt levervev enda tettere (komplett med galleveier og andre strukturer) og produsere større antall knopper, ettersom de anslår at et sted i størrelsesorden titusenvis ville være nødvendig å dyrke en lever, det største indre organet i menneskekroppen.
Det kanskje mest spennende aspektet ved denne forskningen er den potensielle universaliteten: Forskerne spekulerer i at denne typen metoder en dag kan brukes til å dyrke alle slags organvev, inkludert bukspyttkjertelen og nyrene. På kort sikt kan teknikken også ha nyskapende bruksområder - for eksempel kan leverknoppene alene brukes til å teste toksisiteten til medikamenter under utvikling, fordi hele organets indre strukturer ikke er nødvendige for å bestemme hvilke kjemikalier som ikke kan ødelegges. nede i kroppen.
