Dodano: 18 marca 2021r.

Naukowcy wyhodowali w laboratorium gruczoły łzowe i doprowadzili je do płaczu

Holenderscy naukowcy wyhodowali w laboratorium gruczoły łzowe z ludzkich komórek macierzystych i skłonili je do wytwarzania łez. To znaczące osiągnięcie, które może pomóc w opracowaniu nowych terapii chorób gruczołu łzowego i krok w kierunku terapii regeneracyjnych w dalekiej przyszłości.

Naukowcy wyhodowali w laboratorium gruczoły łzowe i doprowadzili je do płaczu

 

Gruczoły łzowe najczęściej dają o sobie znać w momentach silnych emocji. Znajdują się w pobliżu wewnętrznego kącika każdego oka. Nawilżają i odżywiają oczy, wytwarzając płyn bogaty w białko. Płyn ten pomaga również utrzymać oczy w czystości i zdrowiu, usuwając zanieczyszczenia i bakterie. Jednak niektórzy ludzie nie są w stanie wyprodukować wystarczającej ilości wspomnianego płynu, czyli łez, co przekłada się na zdrowie ich oczu.

Teraz, dzięki zastosowaniu komórek macierzystych, naukowcy z Instytutu Hubrechta w Utrechcie wyhodowali miniaturowe ludzkie gruczoły łzowe zdolne do wytwarzania łez. Badania te mogą w przyszłości doprowadzić do opracowania skutecznych terapii zaburzeń powodujących suchość oczu, w tym choroby autoimmunologicznej zwanej zespołem Sjögrena. Wyniki prac holenderskich uczonych ukazały się na łamach pisma "Cell Stem Cell”.

Organoidy gruczołów łzowych

Badaczom z Utrechtu udało się wyhodować w laboratorium pierwsze organoidy gruczołów łzowych. Organoidy to trójwymiarowe, miniaturowe, uproszczone wersje organów, które zachowują kluczowe cechy anatomiczne prawdziwych narządów. W laboratoriach powstają organoidy różnych narządów - mózgów, nerek, wątroby czy siatkówki oka. Są hodowane do celów badawczych. Uczeni w ten sposób uzyskują miniaturowy, żywy model narządu, na którym mogą testować różne koncepcje i rozwiązania.

Uczeni stworzyli organoidy pobierając próbki komórek ze zdrowej tkanki gruczołu łzowego. Wyizolowano z nich dorosłe (somatyczne) komórki macierzyste i potraktowano koktajlem białek z czynnikami wzrostu, aby pomóc im rozwinąć się do gruczołów łzowych. W ten sposób organoidy rozwinęły się i ukazały swoją strukturę i funkcje całego organu.

- Dorosłe komórki macierzyste są już wyspecjalizowane i wiedzą, co zrobić. Musieliśmy tylko zachęcić je czynnikami wzrostu. Dzieje się to w ciągu dwóch lub trzech dni. Najpierw widać małe torbielowate struktury, które następnie rozwijają się w organoidy - powiedział Hans Clevers z Instytutu Hubrechta w Utrechcie.

Stworzone w laboratorium organoidy gruczołu łzowego mają zaledwie 0,2 milimetra średnicy i można je hodować i rozmnażać w laboratorium nawet przez rok.

Dysfunkcje

Gruczoły łzowe są słabo poznane. Ich zaburzenia mogą powodować nadmierne wydzielanie łez lub często bolesną suchość oczu. Obecne metody leczenia zespołu suchego oka obejmują zarówno krople do oczu, jak i zabiegi chirurgiczne. W szczególnie trudnych przypadkach naukowcy mogą przygotować krople do oczu wykonane z krwi pacjenta. Jednak możliwości leczenia są zwykle ograniczone.

- Uderzyło nas to, że według szacunków co najmniej 5 proc. dorosłej populacji cierpi na zespół suchego oka, który jest związany z wadą wytwarzania łez przez gruczoł łzowy. Ale możliwości leczenia są ograniczone, ponieważ dotąd nie było pełnego zrozumienia biologii i wiarygodnego, długoterminowego modelu in vitro do badania gruczołu łzowego – przyznał Yorick Post z Instytutu Hubrechta, współautor badania.

- Mamy nadzieję, że naukowcy wykorzystają nasz model do zidentyfikowania nowych opcji leczenia pacjentów z zaburzeniami gruczołu łzowego, testując nowe leki na organoidach lub ekspandując zdrowe komórki i pewnego dnia wykorzystując je do przeszczepów – zaznaczył Clevers.

Płacz organoidów

Po stworzeniu organoidów zespół chciał sprawdzić, czy mogą one wytwarzać łzy. Nasze gruczoły łzowe zazwyczaj produkują łzy w trzech różnych kontekstach. Są generowane w celu nawilżenia, aby nasze oczy były stale mokre, po kontakcie fizycznym w celu zmniejszenia ryzyka uszkodzenia oczu oraz kiedy jesteśmy pod wpływem silnych emocji. W ostatnim przypadku łzy wytwarzane są przez sygnały hormonalne z mózgu.

Naukowcy potraktowali swoje organoidy hormonem zwanym noradrenaliną - tym samym, który powoduje, że płaczemy, gdy jesteśmy pod wpływem emocji. W ciągu pół godziny organoidy zaczęły puchnąć i wypełniać się płynem. To dlatego, że gruczoły były pozbawione ujścia, czyli kanalików łzowych. W niektórych przypadkach pękały pod wpływem zbyt wysokiego ciśnienia.

- Wyzwaniem było wywołanie płaczu u organoidów, a jest to przecież cecha charakterystyczna gruczołu łzowego. Musieliśmy zmodyfikować mieszankę czynników, w których rosły nasze organoidy, tak aby stały się dojrzałymi komórkami, które mamy w naszych gruczołach łzowych i które są zdolne do płaczu – zaznaczyła współautorka badania, Marie Bannier-Hélaouët z Instytutu Hubrechta.

Organoidy posłużyły badaczom do zidentyfikowania wszystkich komórek występujących w gruczołach łzowych. Udało im się ustalić też, że dwa różne typy komórek wytwarzają różne składniki łez w gruczole.

Clevers i jego koledzy razem z ludzkimi organoidami stworzyli też mysie wersje miniaturowych gruczołów łzowych. Wykorzystali je do zbadania roli genu Pax6 - głównego genu kontrolującego rozwój embrionalny narządów - w tym oczu i gruczołów łzowych. Korzystając z metody edycji genomu CRISPR-Cas9 usunęli gen Pax6. To spowodowało, że organoidy utraciły zdolność do wytwarzania łez. Niedobory Pax6 zaobserwowano wcześniej w tkankach oczu pacjentów z zespołem Sjögrena.

Potencjał do przeszczepów

By przetestować potencjał organoidów w medycynie regeneracyjnej, naukowcy przeszczepili komórki pobrane ze stworzonych w oparciu o ludzkie komórki organoidów do gruczołów łzowych myszy. Dwa tygodnie później utworzyły się struktury podobne do kanalików łzowych, które pozostawały w gruczole łzowym przez co najmniej dwa miesiące po przeszczepie.

Wydaje się, że przeszczepione z organoidów komórki samoorganizowały się, a niektóre z nich namnażały się. Ponadto naukowcy wykryli w kanalikach utworzonych przez przeszczepione komórki białka podobne do tych, które można zaobserwować w łzach.

Jednak autorzy badań przestrzegają przed nadmiernym optymizmem. Upłynie jeszcze sporo czasu, zanim ich odkrycia będą mogły znaleźć zastosowanie w medycynie. - Organoidy stworzone na podstawie komórek pobranych od pacjentów otwierają nowe możliwości badania chorób gruczołów łzowych w spersonalizowany sposób. Ale przed nami jeszcze długa droga, zanim te miniorgany będą mogły zostać użyte w terapiach regeneracyjnych - podkreślił Clevers.

 

Źródło: Hubrecht Institute, fot. Yorick Post/ Hubrecht Institute. Na zdjęci widać organoid gruczołu łzowego myszy oraz łzy (zaznaczone na czerwono).