В биомедицинских исследованиях увидеть – значит поверить. Расшифровка структурной сложности человеческих органов всегда была серьезной проблемой из-за отсутствия технологий для их изображения на клеточном уровне.
Недавние разработки в области очистки тканей позволили исследователям получить первые клеточные изображения неповрежденных прозрачных органов мыши в 3D. Однако эти методы не были применимы к человеческим органам.
«Нам пришлось полностью изменить наш подход»
Человеческие органы особенно жесткие из-за накопления нерастворимых молекул, включая коллаген, в тканях, которые росли годами или даже десятилетиями.
Таким образом, традиционные моющие средства, которые используются для придания прозрачности органам мыши, не действуют на органы человека, особенно взрослого. «Нам пришлось полностью изменить наш подход и начать с нуля, чтобы найти новые химические вещества, которые могут сделать человеческие органы прозрачными», – говорит Шан Чжао, аспирант Helmholtz Zentrum Munchen и первый автор исследования. После изнурительных испытаний команда обнаружила, что моющее средство под названием CHAPS может делать маленькие дырочки во всех жестких органах человека.
CHAPS позволяет дополнительным растворам проникать в сантиметровые органы человека и превращать их в прозрачную структуру.
Сделав прозрачными человеческие органы, полученные вскрытием от проф. В лаборатории Инго Бехманна в Лейпцигском университете команде пришлось решить дополнительные задачи как для визуализации органов, так и для анализа большого количества полученных данных. Во-первых, они разработали новый лазерный сканирующий микроскоп с большой вместимостью образцов под названием «Ultramicroscope Blaze» в сотрудничестве с Miltenyi Biotec.
Этот микроскоп позволял получать изображения органов человека размером с почку. Далее вместе с проф. Бьорн Менце из TUM, команда разработала алгоритмы глубокого обучения, чтобы иметь возможность анализировать сотни миллионов ячеек в 3D.
Исследователи назвали эту новую технологию SHANEL (опосредованный мелкими мицеллами человеческий орган Эффективная очистка и маркировка). «В ближайшем будущем SHANEL может стать ключевой технологией для картирования неповрежденных человеческих органов.
Это значительно ускорит наше понимание таких органов, как мозг, их развития и функций при здоровье и болезнях », – объясняет доктор. Али Эртурк, директор Института тканевой инженерии и регенеративной медицины в Центре им.
Гельмгольца в Мюнхене, а также главный исследователь Института исследований инсульта и деменции в больнице LMU.
Конечная цель: 3D-биопечать искусственных органов
Клеточные карты человеческих органов могут быть использованы для создания крупномасштабных человеческих тканей и органов с помощью новых технологий 3D-биопечати.
С этой целью Эртюрк и его команда в настоящее время работают над картированием основных органов человека, начиная с поджелудочной железы, сердца и почек.
«Существует огромная нехватка доноров органов для сотен тысяч людей», – говорит Эртюрк. "Время ожидания пациентов и затраты на трансплантацию – это серьезное бремя. Детальное знание клеточной структуры человеческих органов приближает нас к важному шагу к созданию функциональных органов искусственным путем по мере необходимости."