Менструация на чипе

На искусственной модели женской половой системы можно изучать все стадии менструального цикла.

В последнее время все чаще появляются сообщения об органоидах – крохотных моделях человеческих органов, выращенных из настоящих человеческих клеток. Такие модели нельзя называть органами в миниатюре, они все-таки не могут делать многие вещи, которые делают настоящие органы. Однако некоторые важные процессы на них изучать можно.

То, что сделали исследователи из Северо-Западного университета, очень похоже на такие модели, хотя здесь речь идет сразу о нескольких органах, и использовали в данном случае не только человеческие клетки. Это другая разновидность моделирования – когда клетки высаживают на какой-то сложноустроенный чип, который устроен так, чтобы вместе с клетками имитировать некий биологический процесс. Например, есть так называемые «легкие на чипе»: несколько слоев клеток контактируют, с одной стороны, с кровью, с другой – с воздухом, при этом клеточные слои то растягивают, то сжимают, как в настоящих дышащих легких.

Тереза Вудраф (Teresa Woodruff) и ее коллеги создали нечто подобное для женской половой системы. Фаллопиевы трубы, матку и шейку матки собрали из человеческих клеток, которые получили из биоматериала, который остается после гистерэктомии, или удаления матки. Яичники же были из мышиной ткани, так как у женщин здоровые яичники удаляют очень редко.

Из клеток человека сделали также имитацию печени, которая нужна для переработки гормонов. Все «органы» сидели на чипе, пронизанном каналами, по которым шла кровеподобная жидкость с гормонами и другими сигнальными молекулами. Устройство назвали Evatar, то есть «аватар Евы».

Как известно, женская половая система живет по сложному циклу, смысл которого в том, чтобы подготовить очередную яйцеклетку к оплодотворению, а женский организм – к беременности. Оказалось, что в Evatar'е можно смоделировать весь менструальный цикл, управляя устройством с помощью гормонов.

Чтобы его запустить, начинали с фолликулостимулирующего гормона гипофиза, который стимулирует созревание яйцеклеток в яичниках. Яичники в Evatar'е отзывались на фолликулостимулирующий гормон другим гормоном – эстрогеном, а через четырнадцать дней исследователи добавляли в систему еще один гормон, лютеинизирующий, который побуждает яйцеклетки выйти из яичников, а сами яичники начать синтезировать прогестерон.

В женском организме яйцеклетка после того, как покинула яичник, переходит в фаллопиевы трубы, где и дожидается сперматозоида. В Evatar'е яйцеклетки оставались рядом с яичниками, однако фаллопиевы трубы работали так, как если бы в них была яйцеклетка: мельчайшие реснички, выстилающие эпителий труб, двигались так, как будто гнали яйцеклетку по направлению к матке. Сама матка на чипе тоже участвовала в искусственном цикле: в ней и в ее шейке своевременно появлялись рецепторы к тем или иным гормонам. Роль «печени» (которая, конечно, не входит в половую систему) состояла в том, чтобы своевременно расщеплять гормоны, не давать им накапливаться в системе и не сбивать цикл. Полностью устройство описано в статье в Nature Communications.

На всякий случай еще раз подчеркнем, чего хотели добиться авторы работы – им было нужно, чтобы разные ткани и «органы», из которых состоит женская половая системе, проявляли циклическую активность в тех же промежутках времени, как и в женском организме. С Evatar’ом это удалось вполне.

Конечно, от экспериментов на животных вряд ли удастся отказаться, но в случае с женской половой системой животные не всегда годятся, и хорошей животной модели человеческого 28-дневного менструального цикла до сих пор нет. На Evatar’е же можно исследовать, например, разные патологические процессы: изменяя гормональный фон, внося в клетки мутации, добавляя разные сигнальные молекулы, можно, к примеру, смоделировать злокачественное перерождение в клетках яичника или шейки матки, или же проверять действие контрацептивов, или же изучать, от чего возникает бесплодие.