Corrigindo tripas danificadas com células de cura

A GFP permite que membros da equipe de pesquisa de Michael Helmrath detectem células humanas em ratos após o enxerto.

Holly Poling

Sob a superfície de um órgão, muitos tipos diferentes de células participam de interações cruciais. Isso significa que, quando um órgão sofre danos, consertá-lo não é tão fácil quanto dar um tapa em um band-aid. Os cientistas precisam de uma maneira de regenerar a complexa estrutura de tecidos do órgão. As células -tronco pluripotentes induzidas (iPSCs), células indiferenciadas com potencial para se tornar qualquer tipo de célula adulta, podem ser a chave.

Cirurgião e cientista pediátricos Michael Helmrath E sua equipe no Hospital Infantil de Cincinnati passou mais de uma dúzia de anos desenvolvendo estratégias para transformar iPSCs em tecido intestinal. Agora, eles encontraram uma maneira de construir organoides intestinais 3D que podem curar danos no intestino em ratos.¹ Em uma entrevista com O cientistaHelmrath descreveu como essas bolas difusas de tecido aprofundaram sua apreciação pela complexidade do desenvolvimento intestinal e iluminaram um caminho para o tratamento de danos intestinais causados ​​pela rejeição do transplante ou doença inflamatória intestinal.

O que torna os organoides uma maneira atraente de curar tecido intestinal?

Como cirurgião pediátrico para pacientes com distúrbios gastrointestinais complexos (GI), as famílias costumam me perguntar: “Você pode cultivar o intestino do meu bebê?” Em 2010, meu colega James Wells foi o primeiro a padronizar iPSCs a organoides in vitro-Estruturas de vários tecidos recapitulando os processos de desenvolvimento-que imitavam o intestino delgado proximal.²

Isso foi fascinante, mas os modelos in vitro permanecem em um estado de desenvolvimento muito inicial, por isso não era prático cultivar o tecido intestinal fora do corpo e depois colocá -lo no intestino. Em vez disso, precisávamos de uma maneira de usar o organoide derivado do iPSC como uma terapia celular que pudesse se regenerar, diferenciar e enxertar em um intestino existente.

Outras terapias celulares foram tentadas no passado, como enteroides, que são biópsias que são cultivadas em tecido intestinal maduro e de volta ao paciente. Felizmente, os organoides têm duas vantagens principais sobre os enteroides. Primeiro, o tecido gerado por iPSC tem um tremendo potencial de regeneração e diferenciação. Segundo, o tecido não é apenas um tipo de célula. É um nicho de progenitores que são endodérmicos e mesenquimais. Esse é realmente o molho secreto.

Como você cria e testar esses organoides?

Adicionamos fatores em um prato para padronizar os iPSCs em endoderme e depois em tecido proximal do intestino delgado Isso cresce em uma estrutura de suporte 3D.³ Após 28-35 dias de maturação, sob o microscópio, você vê uma bola difusa até um milímetro de diâmetro. O exterior difuso é o mesênquima, e o endoderme está por dentro.

Para testar os organoides, usamos um modelo de rato onde danificamos o intestino bastante extensivamente. Não podemos simplesmente colocar o organoide intacto no animal; Quando tentamos isso, tornou -se um pedaço isolado de intestino que não se integrava ao ambiente. Em vez disso, fragmentamos o organoide e colocamos as peças no intestino danificado do animal, onde o ambiente in vivo fornece estímulos solicitando o organoide a se expandir e diferenciar. O organoide responde prolificamente e, com a ajuda de algumas estratégias cirúrgicas, enxerta e cura. Toda vez que abrimos o intestino de um animal e vemos o intestino humano em continuidade com o trato GI, é emocionante.

Essas experiências abriram nossos olhos. Eles destacam o fato de que, em doenças humanas com úlceras, o defeito subjacente provavelmente não é um defeito epitelial. É o mesênquima de apoio – a cama para cultivar a grama que é o epitélio – que geralmente não está presente. Caso contrário, a úlcera teria curado. A capacidade de fornecer mesênquima nesse modelo é provavelmente uma das razões pelas quais ele se sai tão bem em comparação apenas ao epitélio.

Que tipos de doenças humanas essa abordagem poderia ajudar a tratar?

Estamos propondo usar isso em pacientes que possuem úlceras não cicatrizadas, o que pode acontecer em muitas condições diferentes do paciente. Um exemplo é a rejeição esfoliativa do transplante de intestino delgado, que pode ser fatal. Nossa idéia é gerar linhas orgânicas para os pacientes antes do transplante em caso desse tipo de rejeição.

A longo prazo, também poderemos tratar os danos ao esôfago, estômago e cólon. Devido à expansão exponencial das células, não precisamos transplantar um órgão inteiro. Apenas transplantamos pequenas quantidades de células, que migram no órgão real para proliferar e diferenciar as estruturas que são danificadas. Eles se integram às estruturas existentes, mas não migram através do animal ou deixam a área de dano.

Esta entrevista foi condensada e editada para clareza.