Naukowcy z grupy Organoid (wcześniej grupa Clevers, Hubrecht Institute) wraz z naukowcami z Centrum Onkologii Dziecięcej im. Księżniczki Máximy stworzyli nowatorskie ludzkie modele organoidalne stłuszczenia wątroby. Wykorzystali te modele, aby rzucić światło na reakcje na leki i stworzyli platformę do badań przesiewowych CRISPR w celu zidentyfikowania nowych mediatorów chorób i potencjalnych celów terapeutycznych. Modele te pomogą w testowaniu i opracowywaniu nowych leków do leczenia stłuszczeniowej choroby wątroby oraz w lepszym zrozumieniu biologii choroby. Wyniki badań zostaną opublikowane w Biotechnologia przyrody w dniu 23^{r & D} lutego 2023 r.

Tłusta wątroba

Nagromadzenie tłuszczu w wątrobie jest coraz powszechniejszą chorobą na całym świecie, dotykającą ponad jedną czwartą światowej populacji. Posiadanie stłuszczonej wątroby może prowadzić do stanu zapalnego, upośledzenia funkcji wątroby, a ostatecznie do powstania tkanki bliznowatej. Różne przyczyny mogą prowadzić do rozwoju stłuszczenia wątroby, przy czym dieta i styl życia są najczęstszymi przyczynami. Co więcej, genetyka może odgrywać ważną rolę. Na przykład genetyczne zaburzenia lipidowe sprawiają, że pacjenci są bardziej podatni na rozwój stłuszczenia wątroby, a kilka mutacji zwiększa ryzyko rozwoju choroby.

Bez terapii

Niepokojące jest to, że obecnie nie istnieje żaden sposób leczenia stłuszczenia wątroby, który mógłby zatrzymać lub cofnąć chorobę. W miarę postępu choroby znacznie wzrasta ryzyko nieodwracalnego uszkodzenia wątroby i konieczność przeszczepienia wątroby. Ponadto osoby ze stłuszczoną wątrobą są bardziej narażone na rozwój raka wątroby. Identyfikacja sposobów walki z chorobą jest bardzo trudna ze względu na niedostatek systemów modelowych. Myszy różnią się znacznie pod względem metabolizmu i dlatego nie mogą być używane jako reprezentatywny system modelowy choroby człowieka. Co więcej, obecne oparte na ludziach in vitro modele mają kilka wad. Modyfikacja genetyczna tych modeli jest trudna i obecnie niemożliwe jest szybkie wygenerowanie dużej liczby komórek.

Tłuszczowe organoidy wątroby

Teraz naukowcy zwrócili się do organoidów, aby stworzyć trzy modele, które wychwytują różne wyzwalacze rozwoju stłuszczenia wątroby. Po pierwsze, „karmili” organoidy mieszanką kwasów tłuszczowych, aby naśladować zachodnią dietę i byli świadkami szybkiego rozwoju stłuszczonych organoidów wątroby. Jako drugi model, zespół wprowadził mutację najwyższego ryzyka dla stłuszczenia wątroby do swojego systemu organoidów za pomocą nowego narzędzia CRISPR o nazwie prime edit. Organoidy z tą mutacją wykazywały znacznie silniejszą akumulację tłuszczu niż organoidy bez niej. Naukowcy modelowali również genetyczne zaburzenia lipidowe za pomocą CRISPR-Cas9, aby zbadać, w jaki sposób te zaburzenia wpływają na rozwój stłuszczeniowej choroby wątroby. Te zmutowane organoidy spontanicznie rozwinęły ciężkie stłuszczenie wątroby w wyniku nagromadzenia tłuszczów pochodzących z cukru.

Odkrycie nowych celów leków

Następnie zespół zbadał dużą liczbę potencjalnych leków do leczenia stłuszczeniowej choroby wątroby na nowo opracowanych modelach organoidów. Co ciekawe, naukowcy zaobserwowali, że różne modele organoidów stłuszczonej wątroby reagowały na leki w bardzo porównywalny sposób. W ten sposób zidentyfikowali podzbiór leków, które były skuteczne we wszystkich modelach. Co ciekawe, te skuteczne leki działały na podstawie wspólnego mechanizmu, w którym blokowane było wytwarzanie lipidów z cukrów. Co ważne, zespół zaobserwował również, że organoidy z mutacją o najwyższym ryzyku stłuszczenia wątroby nie reagowały na wszystkie leki w taki sam sposób, jak organoidy bez mutacji. To pokazuje, że organoidy mogą być wykorzystywane jako narzędzie medycyny spersonalizowanej.

Platforma CRISPR

Następnie naukowcy wykorzystali swoje modele organoidów do stworzenia platformy badań genetycznych w celu zidentyfikowania nowych genów odgrywających rolę w stłuszczeniu wątroby. Naukowcy przekształcili swoje organoidy w platformę przesiewową CRISPR o nazwie FatTracer. Wykorzystali tę platformę do zbadania wpływu utraty określonych genów na fenotyp stłuszczenia wątroby, który można było wizualizować w czasie rzeczywistym przez 20 dni. Po przeprowadzeniu badań przesiewowych 35 kandydatów odkryto nową i kluczową rolę genu FADS2 (desaturazy kwasów tłuszczowych 2) w stłuszczeniu wątroby. Zakłócenie FADS2 sprawiło, że organoidy stały się bardziej tłuste. Zespół zastanawiał się, czy sytuacja odwrotna, mająca więcej FADS2, byłaby zamiast tego korzystna dla choroby. Rzeczywiście, podczas nadekspresji FADS2, stłuszczenie wątroby, które kiedyś prezentowały organoidy, zostało znacznie zmniejszone, co sugeruje, że jest to potencjalny nowy cel terapeutyczny.

Przyszłe kierunki

Te nowe modele organoidów stłuszczonej wątroby torują drogę wielu przyszłym kierunkom. Na przykład naukowcy chcieliby lepiej zrozumieć ryzyko genetyczne związane z rozwojem stłuszczenia wątroby, a także zbadać, jakie czynniki wpływają na postęp choroby. Ostatecznym celem jest wykorzystanie tych modeli do zdefiniowania (spersonalizowanych) terapii lekowych, które mogą wyleczyć wątrobę z przeciążenia tłuszczem.

—–

Opublikowanie:

Zaprojektowane organoidy ludzkich hepatocytów umożliwiają wykrywanie celów w oparciu o CRISPR i badania przesiewowe leków pod kątem stłuszczenia. Delilah Hendriks^#Jos F. Brouwers, Karien Hamer, Maarten H. Geurts, Léa Luciana, Simone Massalini, Carmen López-Iglesias, Peter J. Peters, Maria J. Rodríguez-Colman, Susana Chuva de Sousa Lopes, Benedetta Artegiani^# i Hansa Cleversa^#. Biotechnologia przyrody, 2023.

# = Korespondujący autorzy

—–

Ta praca została wykonana wspólnie we współpracy z Avans University of Applied Sciences, Maastricht University i Leiden University Medical Center.

Hans Clevers jest doradcą/badaczem gościnnym w Hubrecht Institute for Developmental Biology and Stem Cell Research oraz w Centrum Onkologii Dziecięcej Princess Máxima. Jest także profesorem uniwersyteckim na Uniwersytecie w Utrechcie i Oncode Investigator. Od marca 2022 Hans Clevers jest szefem działu badań farmaceutycznych i wczesnego rozwoju (pRED) firmy Roche w Bazylei w Szwajcarii.

Benedetta Artegiani jest liderem grupy w Centrum Onkologii Dziecięcej Princess Máxima.

—–

O Instytucie Hubrechta

Instytut Hubrechta jest instytutem badawczym zajmującym się biologią rozwoju i biologią komórek macierzystych. Ze względu na dynamiczny charakter badań, Instytut jako zmienna liczba grup badawczych, około 20, prowadzi podstawowe, multidyscyplinarne badania nad zdrowymi i chorymi komórkami, tkankami i organizmami. Hubrecht Institute jest instytutem badawczym Królewskiej Holenderskiej Akademii Sztuki i Nauki (KNAW), zlokalizowanym w Parku Naukowym w Utrechcie. Od 2008 roku instytut jest powiązany z UMC Utrecht, zajmując się przekładaniem badań do kliniki. Hubrecht Institute współpracuje z Europejskim Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL). Więcej informacji można znaleźć na stronie www.hubrecht.eu.