Печень играет центральную роль в координации метаболических процессов, определяющих рост, здоровье и продуктивность сельскохозяйственных животных. У жвачных животных метаболизм печени адаптирован для поддержания гомеостаза глюкозы, распределения липидов и утилизации азота во время рубцовой ферментации. Традиционные двухмерные культуры гепатоцитов не воспроизводят структурную организацию и функциональную сложность нативной ткани печени, что ограничивает их ценность в прикладных исследованиях и увеличивает потребность в экспериментах на животных.
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Frontiers in Veterinary Science, ученые разработали трехмерную модель органоидов печени овец, которая может значительно сократить количество экспериментальных животных, необходимых для исследований в области метаболизма и питания.
Разработка и характеристика печеночных органоидов
Исследователи разработали печеночные органоиды из прогениторных клеток печени самца ягненка породы Ассаф. Полученные структуры были тщательно охарактеризованы с помощью гистологического анализа, иммунофлуоресценции и транскриптомного профилирования с использованием RNA-seq.
Результаты показали, что печеночные органоиды формируют сферические эпителиальные структуры с четко определенной апикально-базальной полярностью, неповрежденными плотными соединениями, экспрессией альбумина и внутриклеточным накоплением гликогена – ключевыми характеристиками функциональной ткани печени.
Авторы провели сравнительный транскриптомный анализ между органоидами и нативной тканью печени, который подтвердил сохранение основных клеточных программ. Однако дифференциальный анализ экспрессии генов выявил, что печеночные органоиды демонстрируют транскрипционный профиль, смещенный в сторону пролиферации клеток, синтеза белка и структурного ремоделирования, в то время как гены, связанные со зрелыми метаболическими функциями печени, иммунными ответами и системным гомеостазом, были относительно понижены.
Метаболический ответ на питательные добавки
Особый интерес представляет способность органоидов реагировать на добавление питательных веществ. Исследователи проверили метаболический отклик, добавляя DL-метионин и/или бетаин и анализируя с помощью RT-qPCR экспрессию генов, кодирующих ключевые метаболические ферменты (например, CPT1A и PDH1) и рибосомальные белки, характеризующие клеточную пролиферацию (например, RPL22L1).
Комбинированная обработка DL-метионином и бетаином значительно увеличила экспрессию генов CPT1A (связанного с митохондриальным бета-окислением) и RPL22L1, что указывает на синергетический метаболический ответ на оба соединения. Этот результат демонстрирует потенциал органоидов как платформы для изучения взаимодействий питательных веществ с генами и оценки диетических вмешательств до проведения экспериментов in vivo.
Авторы подчеркивают, что данная работа представляет собой первое сообщение о печеночных органоидах овец и закладывает основу для их использования в качестве прогностических платформ in vitro для изучения печеночного метаболизма, взаимодействий питательных веществ с генами и стратегий кормовых добавок у жвачных животных.
Несмотря на то что транскриптомные сравнения выявили неполное функциональное созревание по сравнению со взрослой печенью (что соответствует прогениторно-подобному состоянию печени, обычно наблюдаемому в системах органоидов), сохраненный метаболический ответ органоидов подчеркивает их ценность для изучения взаимодействий питательных веществ и генов.
Эта инновационная модель может значительно сократить количество экспериментальных животных, необходимых для исследований в области метаболизма и питания жвачных животных, что соответствует принципу 3R (Replacement, Reduction, Refinement) в экспериментальной науке.