科学者は膵臓の小さなレプリカを育てる新しい方法を開発します

by REVOLUSYNAPSE
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MITのエンジニアは、Cancer Research UKマンチェスターインスティテュートの科学者と協力して、健康な膵臓細胞または癌性の膵臓細胞を使用して、膵臓の小さなレプリカを成長させる新しい方法を開発しました。 彼らの新しいモデルは、研究者が膵臓癌の潜在的な薬を開発し、テストするのに役立つ可能性があります。膵臓癌は、現在治療が最も難しい種類の癌の1つです。

研究者たちは、膵臓を取り巻く細胞外環境を模倣する特殊なゲルを使用して、膵臓の「オルガノイド」を成長させることができ、膵臓腫瘍とその環境との間の重要な相互作用を研究することができました。 現在組織の成長に使用されているいくつかのゲルとは異なり、新しいMITゲルは完全に合成されており、組み立てが簡単で、毎回一貫した組成で製造できます。

「再現性の問題は大きな問題です」と、工学部の教授であり、生物工学と機械工学の教授であるリンダ・グリフィスは言います。 「研究コミュニティは、これらの種類のオルガノイドのより系統だった培養を行う方法、特に微小環境を制御する方法を探していました。」

研究者たちはまた、彼らの新しいゲルが腸や子宮内膜組織を含む他の種類の組織を成長させるために使用できることを示しました。

グリフィスと、Cancer Research UKマンチェスターインスティテュートのグループリーダーであるクラウスヨルゲンセンは、本日、 ネイチャーマテリアルズ。 筆頭著者は、Cancer ResearchUKマンチェスターインスティテュートの元大学院生であるクリストファービロウです。

微小環境を模倣する

伝統的に、実験室は市販の組織由来ゲルを使用して実験室の皿でオルガノイドを成長させてきました。 しかし、最も広く使用されている市販のゲルは、タンパク質、プロテオグリカン、およびマウスで成長した腫瘍に由来する成長因子の複雑な混合物であるため、ロットごとに異なり、望ましくない成分が存在する、とグリフィス氏は言います。 また、複数の種類の細胞の成長を常に可能にするわけではありません。 約10年前、グリフィスの研究室は、他の支持細胞とともに、ほとんどの臓器を裏打ちするシートを形成する上皮細胞の成長に使用できる合成ゲルの設計に取り組み始めました。

彼らが開発したゲルは、ポリエチレングリコール(PEG)をベースにしています。これは、生細胞と相互作用しないため、医療用途でよく使用されるポリマーです。 体内の臓器を取り巻く細胞外マトリックスの生化学的および生物物理学的特性を研究することにより、研究者は、細胞がその中で成長するのを助けるためにPEGゲルに組み込むことができる特徴を特定済することができました。

重要な特徴の1つは、インテグリンと呼ばれる細胞表面タンパク質と相互作用するペプチドリガンドと呼ばれる分子の存在です。 リガンドとインテグリンの間の粘着性のある結合により、細胞はゲルに付着してオルガノイドを形成することができます。 研究者らは、フィブロネクチンとコラーゲンに由来する小さな合成ペプチドをゲルに組み込むことで、腸組織を含むさまざまな上皮組織を成長させることができることを発見しました。 彼らは、間質細胞と呼ばれる支持細胞が免疫細胞とともにこの環境でも繁殖できることを示しました。

新しい研究では、グリフィスとヨルゲンセンは、ゲルが正常な膵臓オルガノイドと膵臓腫瘍の成長をサポートするためにも使用できるかどうかを確認したいと考えていました。 従来、膵臓腫瘍細胞が体から除去されると、それらは独特の癌性特性を失うため、癌性細胞とそれを支える環境の両方を複製する方法で膵臓組織を成長させることは困難でした。

グリフィスの研究室は、新しいゲルを製造するためのプロトコルを開発し、膵臓癌の生物学を研究しているヨルゲンセンの研究室と協力してそれをテストしました。 ヨルゲンセンと彼の学生は、マウスに由来する健康なまたは癌性の膵臓細胞を使用して、ゲルを生成し、それを使用して膵臓オルガノイドを成長させることができました。

「私たちはリンダからプロトコルを入手し、 試薬 ヨルゲンセン氏は、「システムがいかに堅牢で、ラボでの実装がいかに簡単であるかを物語っていると思います」と述べています。

彼らが試みた他のアプローチは複雑すぎるか、生体組織に見られる微小環境を再現していなかったと彼は言います。 このゲルを使用して、Jorgensenの研究室は、膵臓オルガノイドを生きているマウスで研究した組織と比較することができ、腫瘍オルガノイドが膵臓腫瘍で見られるのと同じインテグリンの多くを発現することを発見しました。 さらに、マクロファージ(免疫細胞の一種)や線維芽細胞(支持細胞の一種)など、通常は腫瘍を取り囲む他の種類の細胞も、微小環境で増殖することができました。

患者由来細胞

研究者たちはまた、彼らのゲルを使用して、患者の膵臓癌細胞からオルガノイドを成長させることができることを示しました。 彼らは、それが肺癌、結腸直腸癌、および他の癌の研究にも役立つ可能性があると信じています。 このようなシステムは、潜在的な抗がん剤が腫瘍とその微小環境にどのように影響するかを分析するために使用できます。

グリフィスはまた、子宮内膜症(子宮の内側を覆う組織が子宮の外で成長する原因となる状態)の患者からの組織を成長させ、研究するためにゲルを使用することを計画しています。 これは痛みや時には不妊症につながる可能性があります。

新しいゲルの利点の1つは、完全に合成されており、PEGや一部のポリペプチドなどの特定済の前駆体を混合することにより、ラボで簡単に作成できることです。 研究者たちはこの技術に関する特許を申請しており、ゲルを商業的に生産できる会社にライセンス供与する過程にあります。

ソース:

ジャーナルリファレンス:

以下、CR、 etal。 (2021)膵管腺癌オルガノイドの微小環境に触発された合成三次元モデル。 ネイチャーマテリアルズ。 doi.org/10.1038/s41563-021-01085-1

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