Метод без животных компонентов для получения органоидов кровеносных сосудов

Зачем важно выращивать крошечные кровеносные сосуды

Наш организм зависит от обширной сети сосудов, которые доставляют кислород, удаляют отходы и помогают заживлять раны. Когда эта сеть нарушается, например при диабете или тяжёлых травмах, существующие методы лечения часто ограничены. Учёные начали выращивать миниатюрные версии органов в лаборатории — органоиды — чтобы изучать болезни и тестировать лекарства. В этой статье описан новый способ выращивания крошечных трёхмерных структур кровеносных сосудов из человеческих стволовых клеток без использования материалов животного происхождения, что делает их безопаснее, надёжнее и более пригодными для будущего медицинского применения.

Миниатюрные сосуды из человеческих стволовых клеток

Исследователи сосредоточились на органоидах кровеносных сосудов — небольших сферах ткани, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека, типа клеток, способных превращаться во многие ткани. Эти органоиды содержат два ключевых типа клеток, присутствующих в настоящих сосудах: эндотелиальные клетки, выстилающие внутреннюю поверхность сосудов, и перициты, окружавшие их и обеспечивающие поддержку. В существующих методах органоиды выращивали в гелях животного происхождения, таких как Matrigel, которые сложны, дороги и варьируют от партии к партии. Эта непостоянность затрудняет воспроизводимость экспериментов и почти исключает соблюдение строгих стандартов производства, необходимых для терапии пациентов.

Проще: одна пластина и метод «седящей капли»

Чтобы решить эти проблемы, команда перестроила процесс выращивания вокруг распространённых 96-луночных планшетов с U-образным дном, препятствующим прикреплению клеток. В каждую лунку добавляют человеческие стволовые клетки, которые естественно слипаются в один круглый агрегат заданного размера. Клетки затем направляют через стадии, имитирующие раннее развитие: сначала подталкивают их к среднему зародышевому листку (мезодерме), а затем к сосудистой судьбе. Вместо переноса этих хрупких структур между блюдами и встраивания их в два слоя геля учёные просто накладывают одну каплю геля прямо поверх каждого агрегата в той же лунке — конфигурация, которую они называют «седящая капля». Этот упрощённый подход сокращает число манипуляций, уменьшает ошибки и хорошо сочетается с роботизированными системами автоматической подачи жидкостей.

От гелей животного происхождения к человеческому коллагену

Команда систематически тестировала, какие гели лучше поддерживают здоровые, хорошо структурированные органоиды. Сначала они сравнили разные типы планшетов и выяснили, что только ультранизкоадгезивные U-образные планшеты обеспечивают постоянный размер и правильную формировку клеточных агрегатов, которые затем корректно развиваются в ткань, похожую на сосуды. Затем они отошли от животных смесей вроде Matrigel и Geltrex и опробовали вместо них один определённый компонент: коллаген, основной структурный белок во многих тканях. Используя либо бычий коллаген, либо полностью рекомбинантный человеческий коллаген, они получили органоиды, которые были круглыми, однородными и богаты как эндотелиальными клетками, так и перицитами. При оптимальной прочности человеческого коллагена органоиды относительно быстро достигали стабильной сферической формы и демонстрировали плотно организованные внутренние сосудистые сети, сопоставимые или превзойдённые по качеству по сравнению с теми, что выращивали в традиционных гелях на животной основе.

Проверка лабораторно выращенных сосудов

Выращивание реалистичных органоидов имеет смысл только если они также ведут себя как настоящая ткань. Чтобы проверить это, исследователи имплантировали органоиды кровеносных сосудов, выращенные в коллагене, в сквозные кожные раны у иммунно-дефицитных мышей. Примерно за месяц раны заживали, и команда затем изучила восстановленную ткань. Они обнаружили клетки, выстилавшие сосуды человека из органоидов, интегрировавшиеся в собственные сосуды животных, формируя смешанные, или химерные, структуры, внутри которых даже присутствовали эритроциты. Сами органоиды распались, но их клетки явно пережили и присоединились к сосудистой сети хозяина, что указывает на их способность способствовать росту новых сосудов во время заживления.

Что это значит для будущей медицины

Это исследование показывает, что органоиды кровеносных сосудов можно надёжно выращивать в простой системе «одна пластина», используя только определённые материалы без компонентов животного происхождения. Метод даёт стабильные, хорошо структурированные мини-сосуды, пригодные для масштабируемого автоматизированного производства и способные интегрироваться в живую ткань после трансплантации. Для неспециалистов ключевая мысль в том, что мы приближаемся к возможности выращивать безопасные, стандартизированные сосудистые строительные блоки, которые однажды могли бы помочь восстановить повреждённые ткани, моделировать сложные заболевания, такие как поражение сосудов при диабете, и ускорить тестирование новых лекарств без сильной зависимости от экспериментов на животных.

Цитирование: Hoffmann, A., Schorn, D., Thönig, J. et al. Animal-origin-free method for generating blood vessel organoids. Sci Rep 16, 12096 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42977-z

Ключевые слова: органоиды кровеносных сосудов, человеческие стволовые клетки, коллагеновая матрица, регенеративная медицина, высокопропускной скрининг