Naukowcy wyhodowali ludzkie organoidy nerek z komórek macierzystych, odtwarzając rozwój nerek płodu w warunkach laboratoryjnych

Po raz pierwszy naukowcom z Centrum Medycznego Sheba i Uniwersytetu w Tel Awiwie udało się wyhodować ludzkie organoidy nerek (trójwymiarowe kultury narządowe) z komórek macierzystych z nerki, odwzorowując rozwój ludzkiej nerki płodowej w warunkach laboratoryjnych na przestrzeni kilku miesięcy.

Organoidy rozwijały się w ciągu wielu tygodni, co umożliwiło naukowcom obserwację w czasie rzeczywistym rozwoju nerki, identyfikację genów odpowiedzialnych za wady wrodzone, opracowywanie nowych terapii z zakresu medycyny regeneracyjnej, a także testowanie toksyczności leków przyjmowanych w czasie ciąży na rozwijające się nerki płodu.

Obecny model osiągnął dojrzałość i pozostaje stabilny przez ponad pół roku. Wcześniejsze organoidy nerek, naśladujące rozwój, ulegały rozpadowi już po czterech tygodniach, co uniemożliwiało długoterminowe badania i testy. Nowy model otwiera więc drzwi do zaawansowanych badań i testów farmakologicznych.

Co więcej, jest to najczystszy model organoidu nerki, jaki dotąd uzyskano – bez kontaminacji komórkami innych typów, co było częstym problemem przy stosowaniu pluripotencjalnych komórek macierzystych. Tamte komórki wykazywały tendencję do różnicowania się w inne struktury, przez co dane eksperymentalne były zanieczyszczone. Nowy organoid zawiera wyłącznie komórki nerkowe, co umożliwia jednoznaczne wnioski w badaniach przyczynowo-skutkowych.

Pionierskie badania były prowadzone przez prof. Benjamina Dekela – kierownika Oddziału Nefrologii Dziecięcej oraz Instytutu Badań nad Komórkami Macierzystymi w Szpitalu Dziecięcym Safra w Centrum Medycznym Sheba, a także dyrektora Centrum Medycyny Regeneracyjnej im. Sagola na Uniwersytecie w Tel Awiwie. W skład zespołu badawczego wchodzili również dr Michael Namestannikov – absolwent ścieżki kształcenia lekarz-naukowiec na Wydziale Nauk Medycznych i Zdrowia Uniwersytetu w Tel Awiwie oraz dr Osnat Cohen-Sontag – współpracowniczka naukowa Centrum Medycznego Sheba.

„Życie zaczyna się od pluripotencjalnych komórek macierzystych, które mogą różnicować się we wszystkie typy komórek ciała” – tłumaczy prof. Dekel. „W przeszłości hodowano organoidy z takich ogólnych komórek macierzystych, a następnie próbowano je ukierunkować na komórki nerkowe, ale po miesiącu cała struktura się rozpadała. Około dekadę temu nasza grupa badawcza jako pierwsza wyizolowała ludzkie komórki macierzyste tkanki nerki, odpowiedzialne za rozwój tego narządu. Teraz po raz pierwszy udało nam się wyhodować ludzką nerkę w postaci organoidu właśnie z tych specyficznych komórek macierzystych, odzwierciedlając rozwój narządu aż do 34. tygodnia ciąży.”

Organoidy hoduje się w warunkach laboratoryjnych, aby badać rozwój narządów w sposób niemożliwy do przeprowadzenia w organizmie człowieka. Modele oparte na pluripotencjalnych komórkach macierzystych często zawierają jednak niepożądane komórki, które zanieczyszczają wyniki. Organoidy opracowane przez zespół prof. Dekela są wolne od takich zanieczyszczeń, ponieważ tkankowe komórki macierzyste nerki różnicują się wyłącznie w komórki nerkowe. W ciągu sześciu miesięcy rozwijały się różne struktury nerki, takie jak komórki filtrujące krew, kanaliki nerkowe czy przewody moczowe, czyli proces zwany “tubulogenesis“.

„Hodowla struktur płodowych nerek rzuca nowe światło nie tylko na procesy biologiczne, ale i na mechanizmy prowadzące do chorób nerek” – dodaje prof. Dekel. „Faktycznie, gdy zablokowaliśmy wybrane ścieżki sygnałowe w organoidzie, mogliśmy obserwować, jak prowadzi to do wady wrodzonej. Po raz pierwszy możemy na żywo obserwować, jak defekt rozwojowy prowadzi do choroby znanej z praktyki klinicznej, co pozwoli na opracowanie nowych terapii.”

Znaczenie odkrycia wykracza poza badania naukowe. „Fakt, że możemy hodować tkankowe komórki macierzyste nerki poza organizmem przez dłuższy czas, otwiera drogę do medycyny regeneracyjnej. Możemy przeszczepiać hodowane w laboratorium tkanki nerkowe do organizmu lub wykorzystywać wydzielane przez nie sygnały do naprawy uszkodzonej nerki” – wyjaśnia prof. Dekel. „Dysponujemy teraz praktycznie niewyczerpanym źródłem różnych typów komórek nerkowych oraz lepszym zrozumieniem ich roli w rozwoju i funkcji narządu.”

Źródło: The EMBO Journal, “Human fetal kidney organoids model early human nephrogenesis and Notch-driven cell fate”
DOI: https://doi.org/10.1038/s44318-025-00504-2