искусственные органы

Мини-органы, или органоиды, — это трёхмерные структуры, которые выращивают из стволовых клеток для изучения болезней, эмбрионального развития и тестирования лекарств. Однако у большинства мини-органов нет собственной сосудистой системы, из-за чего они не могут полноценно функционировать, достигнуть зрелости и размера настоящих органов. Так, почкам нужны сосуды, чтобы фильтровать кровь и вырабатывать мочу, а лёгким — для эффективного газообмена.

Органоиды получают из стволовых клеток, которые могут превращаться в любые клетки организма. Но на ранних этапах развития эпителиальные клетки, формирующие внешние и внутренние оболочки органов, и клетки сосудов требуют противоположных молекулярных сигналов для роста. Поэтому ученым до сих пор не удавалось вырастить сосуды вместе с другими тканями миниоргана.

Рис. 1. Развитие мини-сердец (размером около 0.5 мм) из стволовых клеток. Источник фото: Alessandra Moretti / TUM.

Ранее учёные уже  пытались создать васкуляризованные органоиды, то есть с сформированными в них кровеносными сосудами. Они выращивали сосудистую ткань отдельно, а затем объединяли её с другими клетками в структуры под названием «ассемблоиды». Однако такие модели плохо воспроизводили структуру и функции настоящих органов.

Новый подход ученые открыли случайно. Несколько исследовательских групп заметили, что при выращивании органоидов кишечника спонтанно формируются клетки, выстилающие внутреннюю поверхность сосудов. Ранее такие клетки считали «загрязнением» культуры и удаляли, но тут учёные решили не избавляться от их, а наоборот, поддержать и усилить их рост. Правда, тогда вырастить настоящие сосуды им не удалось, но направление было найдено.

Вдохновившись этими результатами, Ифэй Мяо, биолог из Института зоологии Китайской академии наук в Пекине, и его коллеги поставили перед собой амбициозную задачу: научиться одновременно выращивать эпителиальные и сосудистые клетки в одной чашке Петри. Для экспериментов они выбрали органоиды лёгких и кишечника. Учёным удалось рассчитать оптимальный момент и концентрации сигнальных молекул, что позволило одновременно запустить развитие обоих типов клеток из стволовых. Результаты исследования опубликованы в июне 2025 года в журнале Cell.

Когда полученные органоиды лёгких пересадили мышам, они дали начало зрелым клеткам различных типов, включая клетки альвеол — пузырьков, где происходит газообмен. А при пересадке на 3D-каркас эти клетки сформировали структуры, напоминающие альвеолярные мешочки, что подтверждает роль сосудистых клеток в организации сложной ткани. Ту же стратегию исследователи использовали для создания органоидов кишечника с кровеносными сосудами.

Одновременно с китайскими учеными аналогичный подход применила группа Оскара Абилеса из Стэнфордского университета. Учёные выращивали «мини-сердца» в чашке Петри — и органоиды образовали мышечные, сосудистые и даже нервные клетки. Кровеносные сосуды при этом разветвлялись на тончайшие капилляры, пронизывающие все ткани зачаточного сердца. Ту же методику команда использовала для создания «мини-печени», пронизанной тонкими сосудистыми разветвлениями. Исследование опубликовано в Science.

Несмотря на впечатляющие успехи, учёные подчёркивают: органоиды пока воспроизводят лишь самые ранние стадии развития плода. «Чтобы создать настоящие функциональные органы, потребуется объединить подход “ассемблоидов” и совместной дифференцировки разных типов клеток в одной среде», — объясняет немецкий генетик Йозеф Пеннингер.

По его словам, следующий этап — выращивание более крупных кровеносных сосудов и «вспомогательных» тканей, включая лимфатические сосуды, которые доставляют жидкость в органы и удаляют отходы. И наконец, как только сосуды будут готовы, перед учёными встанет ещё одна задача: обеспечить в них циркуляцию крови. В перспективе это приблизит создание органоидов, пригодных для трансплантации.