Organoid (rakukultuur)

Organoid (rakukultuur) on iseeneslikult agregeerunud rakkudest koosnev kolmemõõtmeline struktuur, mis rakulise koosseisu, rakkude paigutuse, rakk-rakk-kontaktide tiheduse ja mõningate funktsionaalsete vastuste poolest meenutab teatud elundit (näiteks saab rääkida maksaorganoididest või sooleorganoididest). 

Kuigi uuringuid rakkude iseenesliku agregeerumise mehhanismidest on avaldatud juba 1907. aastast saati, on organoidide kasvatamine tänapäeva mõistes saanud alguse 2009. aastal, kui Hans Cleversi juhitud uurimisrühm avaldas esimese artikli peensooleorganoidide valmistamise kohta täiskasvanud inimese tüvirakkudest.

Eesti Keele Instituudi pakutav selgitus sõnale „organoid“ on tähendusvälja poolest sarnane organelliga (rakusisene struktuur) ega kata organoidi kui rakkude kogumi tähendust. Samas kasutatakse organoidide kui rakukultuuris kasvatatavate rakkude kogumite mõistet näiteks patenditaotluste ja Euroopa Liidu direktiivide eestikeelsetes tõlgetes.

 Organoidide valmistamine 
Organoidide moodustumisel in vitro rakukultuuris mängivad suurt rolli tüvirakud, mis spetsiifiliste lahustuvate kasvufaktorite ja rakuvälise maatriksi tahkete komponentide koostoimel diferentseeruvad sarnaselt huvipakkuva elundi rakkudega. Seejuures võivad algsed tüvirakud olla kas koeomased (ehk tuleneda näiteks patsiendi biopsias loomulikult sisalduvatest tüvirakkudest, mis tagavad koe taastootmist) või saadud n-ö kunstlikult, indutseeritud pluripotentsete tüvirakkudena (nt vere- või naharakkude dediferentseerumise kaudu). Organoidide kasvukeskkonda lisatavad kasvufaktorid (nt epidermaalne kasvufaktor või Wnt perekonna valgud) suunavadki tüvirakkude edasist diferentseerumist, mille tulemusena tekib huvipakkuvale organile omane rakkude kooslus.

Enamikus organismi kudedes on rakuvälise maatriksi vahendusel rakud surutud tihedasse omavahelisesse kontakti. Rakukultuuris võimaldab sama eesmärki saavutada tahkuvate substraatide (inglise keeles scaffold) kasutamine, mis on tuletatud inimese või teiste imetajate rakuvälisest maatriksist – seejuures ei kasva organoidid mitte substraadi peal, vaid substraadi sees, mistõttu substraat avaldab kasvavale organoidile mehaanilist survet. Üks levinumaid substraate organoidide kasvatamisel on nn Matrigel (sarkoomiga hiirte rakuvaheainest valmistatud segu, mis on vedel 0 °C juures, kuid tahkub toatemperatuuril ja sellest kõrgematel temperatuuridel). Samas on kasutusel ka mitmed sünteetilised nn hüdrogeelid (ristseotud polümeeriahelatel põhinevad poorsed materjalid, mis on võimelised imama suurtes kogustes vett).
tühi|pisi|675x675px|Näide organoidide valmistamise ja rakukultuuris hoidmise töövoost, lähtudes indutseeritud pluripotentsetest tüvirakkudest. Kasvufaktorite segu (aktiviin A, fibroblastide kasvufaktor 2 ehk FGF2, hepatotsüütide kasvufaktor ehk HGF) toimel saadakse enam kui kuu aega kestva katse tulemusena maksaorganoidid. Pildiseeria A: helevälja-mikroskoobiga tehtud pildid rakkude üldkujust. Graafik B: andmed organoidide läbimõõdu ja DNA sisalduse kohta eri päevadel (d tuleneb ingliskeelsest sõnast day). Pildiseeria C: rakutuumade värving terve organoidi läbilõikes (näidatud sinisena) ja surnud rakkude osakaal organoidis (näidatud rohelisena). Pildiseeriad D ja E: erinevate valkude sisalduste muutused organoidide kultiveerimise käigus – näiteks väheneb ajas tüvirakkudele omase valgu AFP (alfafetoproteiin) sisaldus, samas suurenevad diferentseerunud hepatotsüütidele omaste valkude ALB (albumiin) ja CYP3A4 (tsütokroom P450 3A4) sisaldused.
pisi|425x425px|Kaasaegsed lahendused organoidide kasvatamisel võimaldavad kombineerida 3D-rakukultuuri ja mikrovedelikundust, saavutamaks füsioloogiliselt adekvaatsemate mudelite loomist. Pilt A: tavapäraselt kasvatatud organoidide sisemuses tekivad nekrootilised tsoonid, milles hapniku ja toitainete sisaldus on anomaalselt madal – selline mudel võib jäljendada olukorda puuduliku veresoonevõrgustikuga vähkkasvajas, kuid mitte terves ajus. Pilt B: ajuorganoidide kasvatamisel saab kasutada läbivoolusüsteeme, mis jäljendavad loomulikku vereringet, transportides hapnikku ja toitaineid organoidi sisemusse ning eemaldades organoidist rakkude elutegevuse jääke.
vasakul|pisi|271x271px|USA National Institutes of Healthi (NIH) laborites arendatud võrkkesta-organoidid võimaldavad uurida võrkkesta haiguslikke seisundeid ja nende vastu suunatud geeniteraapiaid. Pildil on rohelisega näidatud organoidide epiteelikiht ning sinisega rakutuumade värving kõigis rakutüüpides.

 Organoidide kasutamine 
Lisaks eespool mainitud elundite mudelitele on teaduslike uuringute raames suudetud saada näiteks ka aju-, kopsu-, südame- ja neeruorganoide. Kuigi populaarteaduslikus kirjanduses ja koguni teaduslikes artiklites on levinud organoidide samastamine elundite miniatuursete versioonidega, on organoidid siiski oluliselt lihtsustatud mudelid, milles sageli puuduvad nt vere- ja lümfisooned, immuunsüsteemi komponendid jms. Siiski on organoididest kujunenud olulised mudelid teadusuuringute jaoks, mis on oluliselt komplekssemad tavalisest kahemõõtmelisest ehk kinnituvast rakukultuurist ning ka nn sferoididest, mis tekivad rakkude juhusliku agregeerumise teel ega sisalda tüvirakkude populatsiooni.

Tänapäeval on organoidide kasutamine levinud nii baasteaduses kui ka rakenduslikel eesmärkidel. Näiteks kasutatakse endomeetriumi epiteelirakkudest valmistatud organoide, et uurida embrüo kinnitumist emakale ning võimalikke tegureid, mis sellist kinnitumist häirivad. Samas patsientide vähirakkudest valmistatud organoide kasutatakse nii ravimiavastuse-alaste sõeluuringute läbiviimisel kui ka personaalmeditsiiniliste lähenemiste loomisel, valimaks just antud patsiendi jaoks sobilikke vähivastaseid ravimeid.

 Viited 

Kategooria:Rakubioloogia