Forskere fra Boston Children’s Hospital har præsenteret en ny metode til hurtigt at generere funktionelle vaskulære organoider på blot fem dage. Disse organoider har evnen til at understøtte blodgennemstrømning og kan indgå i levende væv.
Blodkar har en essentiel funktion i kroppen ved at transportere næringsstoffer og ilt, regulere blodets koagulation og modulere inflammation. Under udviklingen spiller vaskulaturen en vigtig rolle i dannelsen af organer samt vækst og reparation af væv efter fødslen. Vaskulære nicher er også nødvendige for at opretholde stamcellepopulationer. At kunne konstruere funktionelle vaskulære netværk in vitro vil give mulighed for en detaljeret undersøgelse af menneskelig blodkarudvikling, præcise lægemiddeltests og produktion af præ-vaskulariserede grafts til regenerativ medicin.
Tidligere strategier til at skabe organoider har været afhængige af spontane forekomster af muralcellen og har krævet længere kulturtider samt støtte fra ekstracellulære matricer, hvilket har begrænset mulighederne for hurtig masseproduktion og terapeutisk anvendelse. I en ny undersøgelse, som er offentliggjort i tidsskriftet Cell Stem Cell, har forskerne designet et dualfactor-program, der co-differentierer inducerede pluripotente stamceller til både endotheliale og muraltyper, for hurtigt at samle vaskulære organoider.
Forskere har styret menneskelige inducerede pluripotente stamceller til mesodermale progenitorer, som er blevet kombineret i et 1:1-forhold og samlet i tusindvis af 250 mikrometer store vaskulære organoider. I forsøget blev omtrent 1.000 organoider implanteret under nyrecapslen af immunodeficiente NSG-mus.
En separat gruppe diabetiske nøgne mus modtog samme dosis organoider i en model for hind limb iskæmi. Der blev også lavet undersøgelser af bugspytkirteløer, hvor 1.500 organoider blev parret med 500, 300 eller 100 ø-kvivalenten i NSG-modtagere. Ved at aktivere transkriptionsfaktorerne ETV2 og NKX3.1 via doxycyclin-inducerbare konstruktioner eller kemisk modificeret mRNA, kunne forskerne samtidig specificere endotel- og muralcelltyper inde i frie spheroider.
Funktionen af organoiderne blev vurderet via perfusionsassays, laser-Doppler-flowmetri og luciferasebioluminescens. Inden for fem dage blev omkring halvdelen af cellerne i hvert organoid til blodkar-celler, som dannede hule, rørformede netværk omgivet af glatte muskelceller. Når organoiderne blev placeret i en kollagen-Matrigel gel, svulmede de op til næsten en millimeter, og gener forbundet med arterier blev aktiveret.
Efter implantation formede de implantater, der kom fra organoiderne, talrige funktionelle blodkar, der genoprettede cirka 50% af den mistede blodgennemstrømning i de skadede lemmer, hvilket markant reducerede vævets død. Under nyregraftet kapsel omringede de menneskelige kar fra organoiderne de transplante musødder, hvilket gjorde det muligt for så få som 100 ø-kvivalenten at opretholde blodsukkeret i normale niveauer i 100 dage.
Forfatterne af undersøgelsen konkluderer, at orthogonal transkriptionsfaktorprogrammering tilbyder en skalerbar metode til skræddersyede vaskulære organoider, der kan sikre hurtig implantation og vævsredning. Dette kan åbne for nye muligheder for behandling af iskæmisk skade, forbedre overlevelsen af celleterapi og potentielt tilbyde en varig behandling for diabetes.