อวัยวะเทียมสุดล้ำที่สร้างหลอดเลือดของตัวเอง

โครงสร้างเหล่านี้ ซึ่งจำลองหัวใจ ตับ ปอด และลำไส้ ประกอบด้วยเซลล์ประเภทต่างๆ และการจัดเรียงที่ซับซ้อนที่ไม่เคยพบเห็นในแบบจำลองก่อนหน้านี้

ออร์แกนอยด์ ซึ่งเป็นโครงสร้างเซลล์สามมิติขนาดเล็ก ถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาโรคและทดสอบยามานานแล้ว อย่างไรก็ตาม ออร์แกนอยด์ส่วนใหญ่ไม่มีหลอดเลือด ซึ่งเป็นข้อจำกัดด้านขนาด หน้าที่ และความสมบูรณ์ของเซลล์ ตัวอย่างเช่น ไตต้องการหลอดเลือดเพื่อกรองเลือด และปอดต้องการหลอดเลือดเพื่อแลกเปลี่ยนก๊าซ

เดือนที่แล้ว ทีมวิจัยอิสระสองทีมได้รายงานในวารสาร Science and Cell ว่าพวกเขาได้สร้างออร์แกนอยด์ที่มีหลอดเลือดตั้งแต่เริ่มต้น พวกเขาเริ่มต้นด้วยเซลล์ต้นกำเนิดพลูริโพเทนต์ จากนั้นจึงปรับเปลี่ยนกระบวนการเปลี่ยนสภาพของเซลล์เพื่อสร้างทั้งเนื้อเยื่ออวัยวะและเซลล์หลอดเลือดในเวลาเดียวกัน

“โมเดลเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงพลังของแนวทางใหม่ได้อย่างแท้จริง” ออสการ์ อาบิเลซ ผู้เชี่ยวชาญด้านเซลล์ต้นกำเนิดจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดและผู้เขียนร่วมของการศึกษาเรื่องหัวใจและตับกล่าว

ในระยะแรก ทีมวิจัยมักจะผสมเนื้อเยื่อหลอดเลือดและเนื้อเยื่ออื่นแยกกันเป็น "แอสเซมบลอยด์" (แบบจำลองหลอดทดลองที่รวมออร์แกนอยด์หรือเซลล์อื่นๆ จำนวนมากเข้าด้วยกัน) แต่แนวทางนี้ยังไม่สามารถจำลองโครงสร้างจริงได้อย่างสมบูรณ์

ความก้าวหน้านี้เกิดขึ้นจากการค้นพบโดยบังเอิญระหว่างที่กำลังเพาะเลี้ยงเซลล์เยื่อบุผิว กลุ่มวิจัยหลายกลุ่ม รวมถึงมหาวิทยาลัยมิชิแกน พบว่าออร์แกนอยด์สามารถสร้างเซลล์บุผนังหลอดเลือดได้มากขึ้นเองตามธรรมชาติ แทนที่จะกำจัดเซลล์เหล่านี้ออกไป พวกเขากลับพยายาม "จำลอง" ปรากฏการณ์นี้ในออร์แกนอยด์ในลำไส้

ด้วยแนวคิดนี้ อี้เฟย เหมียว และเพื่อนร่วมงานจากสถาบันสัตววิทยา สถาบันวิทยาศาสตร์แห่ง ชาติจีน จึงพยายามควบคุมการพัฒนาร่วมกันของเซลล์เยื่อบุผิวและเซลล์หลอดเลือดในจานเพาะเลี้ยงเดียวกัน ซึ่งในตอนแรกเป็นเรื่องยาก เนื่องจากเซลล์ทั้งสองชนิดต้องการสัญญาณโมเลกุลที่ตรงกันข้ามกันในการเจริญเติบโต อย่างไรก็ตาม ทีมวิจัยได้ค้นพบวิธีปรับจังหวะเวลาของการเติมโมเลกุลกระตุ้น ทำให้ทั้งสองชนิดสามารถเจริญเติบโตร่วมกันได้

ผลที่ตามมาคือ เมื่อปลูกถ่ายออร์แกนอยด์ของปอดในหนู ออร์แกนอยด์จะพัฒนาไปเป็นเซลล์หลายชนิด รวมถึงเซลล์ที่จำเพาะต่อถุงลม ซึ่งเป็นจุดแลกเปลี่ยนก๊าซ เมื่อปลูกถ่ายบนโครงสร้าง 3 มิติ ออร์แกนอยด์จะเรียงตัวเป็นโครงสร้างคล้ายกับถุงลม โจเซฟ เพนนิงเกอร์ ผู้เชี่ยวชาญจากศูนย์วิจัยการติดเชื้อเฮล์มโฮลทซ์ (เยอรมนี) ประเมินว่านี่เป็นก้าวสำคัญที่น่าสนใจ

ในทำนองเดียวกัน Abilez ได้สร้างออร์แกนอยด์หัวใจที่ประกอบด้วยเซลล์กล้ามเนื้อ หลอดเลือด และเส้นประสาท หลอดเลือดก่อตัวเป็นกิ่งก้านเล็กๆ ที่เลื้อยผ่านเนื้อเยื่อ วิธีการนี้ยังสร้างตับขนาดจิ๋วที่มีหลอดเลือดเล็กๆ จำนวนมากอีกด้วย

อย่างไรก็ตาม ออร์แกนอยด์ในปัจจุบันยังคงจำลองได้เพียงระยะเริ่มต้นของการพัฒนาตัวอ่อนเท่านั้น เพนนิงเกอร์กล่าวว่า เพื่อให้ออร์แกนอยด์ทำงานเหมือนอวัยวะจริง นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องพัฒนาหลอดเลือด เนื้อเยื่อรองรับ และหลอดน้ำเหลืองให้มีขนาดใหญ่ขึ้น ความท้าทายต่อไปคือการ “เปิดวาล์ว” เพื่อให้หลอดเลือดสามารถส่งเลือดได้จริง “นี่เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นอย่างยิ่ง” เขากล่าว