Myszy fabrykami ludzkich komórek wątroby
Kasia Kuleszewicz | 2007-08-17
Toksyczność produkowanych leków testowana jest zazwyczaj na żywych organizmach i kulturach tkankowych. Oprócz wysokich kosztów ich pozyskiwania, problemem jest także ich dostępność. Naukowcy opracowali model wykorzystujący myszy, tak aby mogły one posłużyć jako "żywe fabryki" ludzkich komórek wątrobowych, które są następnie wykorzystywane do testowania jak metabolizowane są różne farmaceutyki.
Jedną z istotnych funkcji wątroby jest neutralizacja toksyn. W procesie tym różne składniki chemiczne zostają przekształcane w inne, mniej szkodliwe. Żadna z dostępnych obecnie symulacji komputerowych nie jest w stanie przewidzieć w jaki sposób zostanie przekształcony dany lek. Często zdarza się tak, że dany składnik leku nie jest toksyczny, ale toksyczne są metabolity powstałe w wyniku jego przekształcenia. Dlatego właśnie ludzkie komórki wątrobowe potrzebne są do testowania toksyczności leków.
Naukowcy z Oregon Health & Science University opublikowali model humanizacji mysiej wątroby nazywany transgenicznym modelem aktywatora uroplasminogenu. Wyniki ich badań dostępne są w najnowszym magazynie Nature Biotechnology.
Światowy rynek ludzkich komórek wątrobowych wykorzystywanych w przemyśle farmaceutycznym, w którym używane są do testowania składników leków oszacowany został na 2 miliardy dolarów rocznie. Wątroba jest głównym organem nadającym się do tego celu.
Dotychczasowym problemem była niska jakość dostępnych na rynku komórek wątrobowych.
W ciągu ostatnich 10 lat naukowcy studiowali, czy możliwym jest w ogóle stworzenie genetycznie zmodyfikowanych myszy, które mogą być hodowane w celu otrzymywania ludzkich komórek wątrobowych. Około 3 lata temu, potwierdzono, że jest to możliwe. Jak się jednak okazało, myszy takie były trudne w hodowli, a pobierane od ludzi komórki wątrobowe musiały być szybko transplantowane do organizmu myszy. Dodatkowo, pomimo obniżania poziomu odporności zwierzęcia nierzadko komórki ludzkie były odrzucane.
Naukowcy zaproponowali model humanizacji wątroby nazywany transgenicznym modelem aktywatora uroplasminogenu. Aby stworzyć szeroko użyteczny system zasiedlania hepatocytami pobranymi od jednego gatunku (w tym przypadku ludzi), narządu drugiego gatunku (w tym przypadku myszy), naukowcy stworzyli transgeniczne myszy z osłabionym układem odpornościowym, które dodatkowo nie produkowały hydrolazy fumaryloacetooctanowej (FAH).
Enzym ten bierze udział w degradacji fenyloalaniny i tyrozyny, a jego działanie polega na katalizowaniu cięcia 4-fumaryloacetooctanu, w wyniku czego powstaje fumarat i acetooctan. Reakcja ta jest jedną z wielu istotnych funkcji pełnionych przez wątrobę i bez niej komórki wątrobowe nie potrafią normalnie funkcjonować przez co obumierają.
Transgeniczne myszy zostały tak zmodyfikowane, że rozwijały choroby wątroby tylko gdy nie podawano im zabezpieczającego leku NTBC. Pozwoliło to na znaczną kontrolę eksperymentu i możliwość „włączania” i „wyłączania” infekcji atakujących komórki wątrobowe.
Aby mogło dojść do zasiedlenia mysiej wątroby ludzkimi hepatocytami, transgeniczne myszy muszą być najpierw poddane działaniu adenowirusa ekspresjonującego urokinazę, a następnie mogą być zaszczepione ludzkimi hepatocytami pochodzącymi z wielu źródeł, także z biopsji.
Ludzkie komórki wątrobowe wyhodowane u myszy nie różniły się od normalnych ludzkich hepatocytów. Mechanizm ich wymiany polega na tym, że transgenicznie hepatocyty myszy nie są w stanie normalnie funkcjonować, przez co obumierają i są zastępowane przez zdrowe ludzkie komórki wątrobowe.
Tak otrzymane komórki wykazują typowy dla ludzkich hepatocytów metabolizm leków. Przedstawiony system, daje możliwość produkcji wysokiej jakości ludzkich komórek wątrobowych, które mogą być wykorzystywane do hodowli tkankowych, a także mogą być wykorzystywane w testach toksyczności metabolitów powstałych po przemianach leków i określania patogenów których replikacja jest od nich zależna.
System ten może być także wykorzystany w testowaniu terapii chorób atakujących wątrobę, takich jak wirusowe zapalenie wątroby typu C czy malaria. Potencjalne wykorzystanie widzi się również w badaniach nad komórkami macierzystymi czy terapią genową.
W najbliższym czasie naukowcy planują stworzenie biblioteki hepatocytów różnych rodzajów metabolizmu leków, ponieważ komórki wątroby pochodzące od różnych ludzi metabolizują leki w różny sposób. Pozwoli to zauważyć te różnice między osobnikami i może być wykorzystane podczas projektowania przyszłych farmaceutyków.
Źródło:
Azuma, H et al. (2007) Robust expansion of human hepatocytes in Fah-/-/Rag2-/-/Il2rg-/- mice. Nature Biotechnology 25: 903 – 910.
http://www.scientificblogging.com/news/drug_testing_breakthrough_
turning_mice_into_human_liver_cell_factories
Komentarze
jonathan | 2007-08-19 00:00:00
He co oni to nie wymyślą.
Całkiem ciekawe.
Gwyne | 2007-08-29 00:00:00
Gdyby tak zrobić z jakimś większym zwierzęciem to można by otrzymywać organy do przeszczepu. Chyba. Tak?