W laboratoriach Instytutu Hubrechta w Utrechcie naukowcy wyhodowali organoidy ludzkiej spojówki, które potrafią wytwarzać łzy. Korzystając z tego modelu uczeni odkryli typ komórek, o którym dotąd nie było wiadomo, że występuje w spojówce. Organoidy te będą wykorzystane do testowania leków na różne choroby wpływające na spojówkę.
Organoidy to hodowane w laboratorium z komórek macierzystych malutkie wersje różnych narządów, które zachowują kluczowe cechy anatomiczne pełnowymiarowych organów. Takie trójwymiarowe modele są nieocenioną pomocą w badaniach, w których użycie żywych mózgów czy nerek jest niemożliwe lub nieetyczne. Uczeni uzyskują żywy narząd do testowania różnych koncepcji. Chodzi tu chociażby o testowanie reakcji na leki lub obserwowanie rozwoju w niesprzyjających warunkach. Badania na organoidach dają naukowcom szansę dogłębnego poznania narządów i zrozumienia przyczyn wielu chorób.
Organoidy powstałe w Instytucie Hubrechta naśladują funkcję naturalnej ludzkiej spojówki. Badając model naukowcy znaleźli też komórki pęczkowe. Dotychczas nie zdawano sobie sprawy, że występują one w spojówce.
Opis i rezultaty prac niderlandzkich naukowców ukazały się na łamach „Cell Stem Cell” (DOI: 10.1016/j.stem.2023.12.008).
Do ochrony przed urazami czy infekcjami nasze oczy produkują łzy. Spojówka, cienka, przezroczysta błona śluzowa pokrywająca oko i wnętrze powiek, jest częściowo odpowiedzialna za ich wytwarzanie poprzez uwalnianie śluzu. Ten z kolei pozwala łzom przyklejać się do powierzchni oka i chroni ją przed patogenami.
Spojówkę dotykają różne choroby i zaburzenia, jak chociażby zapalenie spojówek czy zespół suchego oka, ale na jej pracę mogą wpłynąć także nowotwory, alergie czy infekcje. W ciężkich przypadkach dysfunkcja spojówki może prowadzić do ślepoty.
Badania nad spojówką były do tej pory nieco ograniczone, bo nie było dobrego modelu. Stan ten zmieniają wyhodowane w Niderlandach organoidy. Uczeni do hodowli wykorzystali komórki macierzyste z tkanki spojówki dostarczonej przez dawców narządów i pacjentów poddawanych operacji oka. Traktując komórki czynnikami wzrostu nakłonili je do utworzenia trójwymiarowych struktur imitujących ludzką spojówkę.
W ten sposób powstały mini-spojówki. Takie organoidy zawierają wszystkie komórki normalnie występujące w spojówce, w tym komórki wytwarzające śluz, czyli komórki kubkowe oraz keratynocyty, które umożliwiają tkance wytwarzanie łez bogatych w śluz. Śluz ma za zadanie chronić i natłuszczać powierzchnię oka.
- Kiedy już mieliśmy funkcjonujące organoidy, chcieliśmy dowiedzieć się, w jaki sposób spojówka bierze udział w wytwarzaniu łez – wyjaśnia Marie Bannier-Hélaouët. - Odkryliśmy, że spojówka wytwarza składniki przeciwdrobnoustrojowe i przyczynia się do wytwarzania łez na wiele sposobów, a nie tylko poprzez wytwarzanie śluzu – dodaje. Badaczka ma spore osiągnięcia w pracach nad organoidami. Była członkiem zespołu, który w 2021 roku wyhodował w laboratorium gruczoły łzowe z ludzkich komórek macierzystych i skłonili je do wytwarzania łez (więcej na ten temat w tekście: Naukowcy wyhodowali w laboratorium gruczoły łzowe i doprowadzili je do płaczu).
Podczas badań naukowcy zidentyfikowali komórki pęczkowe czy też komórki szczoteczkowe (z j. ang. tuft cell). Są to komórki nabłonkowe występujące w jelitach oraz pokrywające inne części ciała, ale dotychczas badacze nie wiedzieli, że występują również w spojówce. - Podobne komórki odkryto w innych tkankach, ale nie w ludzkiej spojówce – mówi Bannier-Hélaouët. Co istotne, komórki te już wcześniej łączono z alergiami.
Podczas eksperymentów z organoidami uczeni wystawiali je na działanie interleukin, aby imitować to, co dzieje się podczas reakcji alergicznej. - Organoidy zaczęły wytwarzać zupełnie inne łzy. Było w nich więcej śluzu, ale też więcej składników antybakteryjnych – zaznacza Bannier-Hélaouët. Z obserwacji wynika, że komórki kępkowe stały się również liczniejsze w organoidzie w warunkach imitujących alergię, co sugeruje, że odgrywają one rolę w reakcji oka na alergię.
W badaniu naukowcy zainfekowali organoidy różnymi wirusami, o których wiadomo, że powodują wirusowe zapalenie spojówek, a następnie próbowali je leczyć. Na przykład infekcja wirusem opryszczki pospolitej typu 1, który jest głównie odpowiedzialny za opryszczkę jamy ustnej i narządów płciowych, może również powodować zapalenie spojówek. Badaczom udało się wyleczyć zapalenie.
- Możemy wykorzystać nasz model na przykład do testowania leków na alergie lub chorobę suchego oka – mówi Bannier-Hélaouët. W dłuższej perspektywie możliwe będzie nawet wykonanie zastępczej spojówki u osób z oparzeniami oczu, nowotworami, a może nawet chorobami genetycznymi.
Źródło: Hubrecht Institute, Live Science, fot. Pixahive/ CC0
