Исследовательская группа INRAE (Национальный институт сельскохозяйственных исследований, продовольствия и окружающей среды Франции) разработала микроскопическую модель человеческой печени для изучения воздействия различных пищевых загрязнителей. Сферическая модель диаметром 0,3 мм включает четыре типа клеток, обнаруженных в человеческой печени, в отличие от большинства современных лабораторных тестов, которые основаны на одном типе клеток. Ученые также разработали инновационный процесс для оценки токсического воздействия загрязнителя на всю трехмерную модель и точного определения местоположения и типов клеток, которые подвергаются воздействию.
Результаты, опубликованные в журнале NAM Journal, как ожидается, улучшат оценку рисков для здоровья, связанных с пищевыми загрязнителями, позволяя проводить тестирование в более реалистичных дозах и снижая необходимость в тестировании на животных. Эта работа также открывает более широкие перспективы в медицине, особенно в разработке лекарств.
Оценка токсичности пищевых загрязнителей, включая канцерогенный потенциал, является серьезной проблемой при оценке рисков, связанных с воздействием.
В последние годы, в рамках усилий по сокращению экспериментов на животных, двухмерные (2D) аналитические методы с использованием линий клеток печени человека (которые составляют большую часть печени) способствовали развитию прогностической токсикологии загрязняющих веществ. Однако эти подходы имеют ограничения, поскольку они недостаточно точно отражают сложность органа. Для улучшения токсикологических исследований химических веществ исследователи разработали миниатюрную трехмерную (3D) модель печени, которая включает различные типы клеток, составляющих печень человека.
В лабораториях клеточные линии человека обычно выращивают в двух измерениях в виде плоского слоя на дне чашек Петри. Команда разработала новую трехмерную сферическую модель клеточной культуры, которая позволяет выращивать несколько типов клеток одновременно, имитируя структуру человеческой печени. Эта крошечная сфера диаметром 0,3 мм содержит около 2000 клеток и включает все четыре типа клеток, присутствующих в человеческой печени: печеночные клетки (гепатоциты), холангиоциты, звездчатые клетки и иммунные клетки.
Печеночные клетки составляют 70% всех клеток печени и выполняют ряд метаболических функций, включая хранение и высвобождение глюкозы. Холангиоциты выстилают желчные протоки. Главная роль звездчатых клеток — хранение витамина А, а иммунные клетки нейтрализуют и выводят чужеродные вещества.
Мини-печень демонстрирует физиологические и метаболические возможности, имитирующие возможности человеческой печени, и является более репрезентативной, чем традиционно используемые модели (например, клеточные культуры и животные модели).
Используя эту мини-печень, исследовательская группа разработала инновационный процесс конфокальной микроскопии, отличающийся высокой производительностью и высоким разрешением.
Впервые токсикологический анализ можно проводить на уровне отдельных клеток в рамках модели мини-печени. Метод позволяет проводить детальный и одновременный анализ нескольких эффектов, вызванных загрязняющими веществами, на клетки, включая повреждение ДНК, пролиферацию клеток, характерную для раковых клеток, воспаление и накопление жиров, часто наблюдаемое при заболеваниях печени или ожирении. Ученые выявили некоторые эффекты, не обнаруживаемые традиционным 2D-анализом клеток, такие как пространственное распределение эффектов и типы пораженных клеток. Этот метод также позволяет тестировать гораздо более низкие дозы — более репрезентативные для реального воздействия — чем те, которые обычно используются в 2D-анализе клеток. Процесс был оптимизирован для одновременного проведения до 72 токсикологических тестов с использованием многолуночных планшетов для культивирования клеток.
«Эта мини-модель печени имитирует человеческий орган. Наш подход позволяет картировать воздействие загрязняющих веществ и выявлять определенные последствия, которые не обнаруживаются традиционными методами. В среднесрочной перспективе использование такого типа модели человеческих клеток должно улучшить нашу способность прогнозировать токсичность определенных химических веществ для человека и ограничить необходимость в тестировании на животных», говорит Марк Одебберт, директор по исследованиям INRAE.
Источник: INRAE.