Миниатюрен органоид на черен дроб върху чип – шанс за създаване на ваксина срещу хепатит С

Експерти от институтите „Gladstone“ създадоха нова платформа, която да демонстрира как имунната система реагира на вируса на хепатит С. Надеждата им е да получат отговори на някои въпроси, които досега не им позволяваха да разработят ваксина срещу заболяването. Те комбинират микрофлуидна технология с органоиди (органи, създадени в лабораторна среда) на черен дроб.

Защо все още няма ваксина срещу хепатит С?

Вече 30 години ваксината срещу хепатит С е мираж. Причините за това са няколко. Вирусът има различни генетични форми, което означава, че ваксината би имала ограничено действие. Освен това изучаването на болестта е много затруднено, тъй като възможностите при животните са ограничени, а лабораторните методи за анализ на инфектирани клетки не отразяват реалната динамика на инфекцията.

Новата платформа на екипа от институти „Gladstone“ е описана в научното списание „Open Biology“. Тя съчетава микрофлуидна технология, която позволява по-прецизна работа в микроскопични мащаби, и органоиди на черен дроб (триизмерни клетъчни струпвания, имитиращи биологичните процеси в истински черен дроб на човек).

Тод Макдевит, който е старши автор на изследването, разказва: „3D структурата и клетъчният състав на органоидите на черен дроб ни показват как вирусът навлиза в клетките и започва да се размножава.“

„Подходът ни дава възможност да проследим и контролираме възможно най-прецизно имунната реакция при инфектиране с вируса на хепатит С. Надяваме се с негова помощ да разработим така нужната на всички ваксина“, допълва Мелани От, директор на института по вирусология „Gladstone“.

Пресъздаване на процеса на взаимодействие между черния дроб и имунните клетки

Вирусът, причиняващ хепатит С, атакува черния дроб. Някои хора успяват да се възстановят, докато при други инфекцията остава до живот и крие риск от тежко чернодробно заболяване. Медикаментите, с които се лекува хепатит С понякога са трудни за намиране или прекалено скъпи. Не е изключено също така вече преболедувал човек отново да се зарази.

Камий Симоно, съавтор и колега в лабораторията на Мелани От, споделя: „Една успешна ваксина ще може да „обучи“ имунната система да защитава организма от вируса и да не допуска повторна инфекция. Поне срещу най-често срещаните негови форми. Несъмнено това би имало огромен ефект върху сектора на общественото здраве в световен мащаб.“

За да разработят ваксина, учените първо трябва да проследят как черният дроб реагира на вируса и взаимодейства с имунната система, най-вече с Т-клетките. За съжаление, начинът, по който чернодробните клетки се свързват и реагират на вируса, не отговаря на реалните процеси, протичащи в тялото на инфектиран човек.

През последните години работата с 3D органоиди на черен дроб навлезе в нова, много по-напреднала фаза, което до голяма степен се дължи на усилията на Макдевит и други експерти от институтите „Gladstone“. Сега съществуват повече възможности за наблюдение на клетките на черния дроб, вируса на хепатит С и Т-клетките. Предизвикателства обаче все още има.

Вайшаали Нараджан, член на екипа, разкрива: „Досега наблюдавахме взаимодействието между тях в сравнително големи капки течност, но е много трудно да се проследят отделните органоиди в самите капки.“

Предимства на течната среда

Затова екипът решава да прехвърли цялата система върху микрофлуиден чип – устройство, изградено от мрежа от микроскопични каналчета*, благодарение на които органоидите могат да се позиционират много прецизно и да се наблюдава взаимодействието им със заобикалящата ги среда.

Миниатюрните 3D органоиди на черен дроб, култивирани от стволови клетки на възрастни хора, се поставят внимателно в каналчетата на чипа. Т-клетките се движат свободно в течността и взаимодействат с тях, като движението им е сходно с това в истинска чернодробна тъкан. Фиксираното местоположение на органоидите улеснява експертите, които следят процесите с помощта на стандартни микроскопски техники.

От е щастлива, че за първи път имат възможност да наблюдават взаимодействието в лабораторни условия, но по начин, който се доближава максимално до автентичните биологични процеси в тъканите след инфекция с хепатит С.

Създаване на микрофлуидната среда

Първата задача на учените е да докажат, че Т-клетките могат да разпознаят инфектираните чернодробни клетки. За целта те изобретяват органоидите и ги излагат на влиянието на специфична молекула, намираща се във вируса, който причинява хепатит С. Тя се закрепва за повърхността на органоидните клетки, така както се случва при реално протичаща инфекция, след което самите органоиди се поставят върху микрофлуидния чип, където се срещат и с Т-клетките. Имунните Т-клетки, разработени в лаборатория от Ан Ериксън, са „инструктирани“ да разпознаят молекулата върху повърхността на органоидите. Т-клетките откриват органоидните клетки с прикрепена към тях вирусна молекула, преминават през обособените каналчета на чипа и ги унищожават. Процесът е почти идентичен на този в тялото на човек, заразен с хепатит С.

Изборът на микрофлуидна (течна) среда не е случаен. Тя позволява на експертите лесно да добавят или премахват вещества, за да изследват други, непознати до днес, аспекти на инфекцията с хепатит С.

Авторът Макдевит добавя: „Вече ще можем да откриваме и изследваме различни вирусни молекули, които предизвикват силен имунен отговор. Това е единственият начин да създадем нови ваксини.“

 * Vaishaali Natarajan, Camille R. Simoneau, Ann L. Erickson, McDevitt, Melanie Ott et al. Modelling T-cell immunity against hepatitis C virus with liver organoids in a microfluidic coculture system. Open Biology. 2022.