Учёные вырастили органоид слёзной железы, способный плакать

Исследователи из Института Хюбрехта (Hubrecht Institute) и Университетского медицинского центра Утрехта (Universitair Medisch Centrum Utrecht, UMCU), Нидерланды, создали из стволовых клеток человека органоиды слёзной железы, способные плакать. Ученые по всему миру смогут использовать эту модель для поиска новых вариантов лечения пациентов с заболеваниями слёзных желез, например, такими как синдром сухого глаза. Также в будущем, при необходимости, органоиды можно будет трансплантировать пациентам.

Наибольшая часть слёзной железы расположена в слёзной ямке в верхней наружной части каждой глазницы. Она выделяет слёзную жидкость, которая необходима для смазки и питания роговицы и содержит антибактериальные компоненты.

Рэйчел Кальманн (Rachel Kalmann) из UMCU, офтальмолог и участник проекта, объясняет: «Дисфункция слезной железы, например, при синдроме Шегрена, может иметь серьезные последствия, включая сухость глаза или даже изъязвление роговицы. В тяжелых случаях это может привести к слепоте».

Однако до настоящего времени подробности биологии функционирования слёзной железы были неизвестны, а достоверная модель для её изучения отсутствовала. В новом исследовании группа учёных под руководством Ханса Клеверса (Hans Clevers) из Института Хюбрехта представила первую в мире модель для исследования механизма, лежащего в основе выделения слёз клетками слёзной железы человека, и определения нарушений этого процесса.

Плачущие органоиды

Учёные получили от пациентов образцы слезной железы, которые затем измельчили и поместили на каплю геля, способствующего росту стволовых клеток в трехмерной среде. Индуцируя деление стволовых клеток слёзной железы, исследователи стимулировали рост культуры. Несколько дней спустя сформировались органоиды в форме сферы.

Это был лишь первый этап, поскольку органоиды в основном содержали стволовые клетки, которые не способны выделять слёзы, в отличие от зрелых клеток. Далее учёные изменили состав питательной среды, чтобы остановить деление стволовых клеток и стимулировать их созревание. Примерно спустя семь дней органоиды слёзных желез смогли слезоточить.

Первые слёзы

У людей плач, например, в ответ на боль, вызывается такими раздражителями, как адреналин. Чтобы воссоздать этот процесс в лабораторных условиях, исследователи воздействовали на органоиды слёзной железы адреналином. В результате органоиды раздулись, подобно воздушным шарам – слёзы выделялись во внутреннюю часть, которая называется просветом, поскольку в отсутствие протоков они не выводились наружу. Таким образом, размер органоидов можно использовать как индикатор успешного слезоотделения и секреции.

«Дальнейшие эксперименты показали, что разные клетки слёзной железы образуют разные компоненты слезы. И эти клетки по-разному реагируют на стимулы, вызывающие слезы», — говорит Йорик Пост (Yorick Post), один из соавторов работы, результаты которой были опубликованы в Cell Stem Cell.

Атлас клеток

Учёные использовали технологию секвенирования мРНК одиночных клеток и создали атлас клеток слёзной железы, чтобы изучить различия происхождения компонентов слезы. Они продемонстрировали, что протоковые и ацинарные клетки слёзной железы человека секретируют разные компоненты.

«В будущем мы хотели бы также выращивать в лабораторных условиях другой тип клеток слезной железы, так называемые ацинарные клетки. Таким образом, мы смогли бы вырастить слезную железу целиком», — объясняет Пост.

Пересадка органоидов

Для того, чтобы проверить функциональность созданных органоидов, исследователи пересадили их в слёзные железы мыши. Спустя 14 дней трансплантаты сформировали протоковые структуры, которые сохранялись в слёзной железе не менее двух месяцев. Пересаженные клетки самоорганизовались и пролиферировали на протяжении 60 дней после трансплантации. Кроме того, исследовательская группа обнаружила слёзные белки в протоках, сформированных трансплантированными клетками.

Перспектива использования

Созданный органоид даёт надежду людям, страдающим заболеваниями слёзных желез. Ученые во всем мире могут использовать данную модель для тестирования новых препаратов для пациентов с синдромом сухого глаза. Кроме того, органоиды можно использовать для изучения форм рака слёзной железы и их лечения.

«И, надеюсь, в будущем этот тип органоидов может быть даже трансплантирован пациентам с нефункционирующими слёзными железами», — заключает Мари Банье-Элауэ (Marie Bannier-Hélaouët), соавтор проекта.

Исследование в очередной раз продемонстрировало широкий потенциал технологии создания органоидов для науки и медицины.