Po raz pierwszy wyhodowano działające ludzkie gruczoły łzowe. I naprawdę „zapłakały”

Zespół z Instytutu Hubrechta w Niderlandach jako pierwszy na świecie wyhodował w laboratoryjnym naczyniu gruczoły łzowe z ludzkich komórek macierzystych. Co więcej – naukowcom udało się sprawić, aby gruczoły zaczęły wytwarzać łzy. To bardzo istotne osiągnięcie, które może okazać się zbawienne w leczeniu chorób gruczołu łzowego i terapii regeneracyjnych oczu. Zaburzenia w pracy gruczołów łzowych na skutek schorzeń, obrażeń lub wypadków mogą powodować bolesną suchość oka. W skrajnych i rzadkich przypadkach, jak zespół Sjogrena (choroba autoimmunologiczna powodująca suchość oczu i jamy ustnej) prowadzącą nawet do utraty wzroku.

– Mamy nadzieję, że naukowcy wykorzystają nasz model do zidentyfikowania nowych opcji leczenia pacjentów z zaburzeniami gruczołu łzowego, testując nowe leki na organoidach pacjenta lub ekspandując zdrowe komórki i pewnego dnia wykorzystując je do przeszczepów – mówi genetyk molekularny Hans Clevers, główny autor badania.

Gruczoły łzowe umiejscowione są w oczodole tuż nad gałką oczną. Są narządami odpowiedzialnymi za nawilżanie oczu, a zaburzenia ich pracy prowadzą do problemów takich jak nadmierne łzawienie lub bolesna suchość oczu.

Obecne metody leczenia tzw. zespołu suchego oka obejmują głównie stosowanie kropli do oczu, ale też zabiegi chirurgiczne. Jedną z najbardziej fascynujących terapii jest stosowanie kropli wykonanych na bazie krwi pacjenta. Jednak nawet tak ekscytujące terapie są zwykle ograniczone.

Dlatego też naukowcy postanowili znaleźć skuteczny i długotrwały środek zaradczy. W swoich badaniach postanowili połączyć ze sobą ludzkie gruczoły łzowego z gruczołami myszy. Z pluripotencjalnych komórek macierzystych (takich, które mogą różnicować się w każdy typ komórek dorosłego organizmu) najpierw wyhodowano organoidy łzowe. To małe, trójwymiarowe struktury, które naśladują funkcję całego narządu. W laboratoryjnym naczyniu organoidy rozwinęły się i ukazały strukturę i funkcję całego organu.

Co widzą zwierzęta? Wyjaśniamy ewolucję oka oraz to dlaczego ma tak wiele funkcji

"Gdy spytasz ludzi, po co zwierzętom oczy, odpowiedzą: po to, po co i nam. Nic bardziej mylnego”. Zdziwisz się dlaczego oczy zwierząt i ludzi tak różnią się od siebie.

Następnie, aby skłonić organoid do wytwarzania łez, naukowcy wystawili go na działanie noradrenaliny - neuroprzekaźnika, który wyzwala wydzielanie łez. Jak odnotowali: „organoidy puchły jak balon, gdy komórki produkowały łzy”.

– Wyzwaniem było doprowadzenie organoidów do płaczu, ponieważ jest to cecha charakterystyczna gruczołu łzowego. Musieliśmy zmodyfikować mieszankę czynników, w których rosną organoidy, aby stały się dojrzałymi komórkami, które mamy w naszych gruczołach łzowych i które są zdolne do płaczu – wyjaśnia Marie Bannier-Hélaouët, także z Instytutu Hubrechta.

Na tak wyhodowanych komórkach naukowcy przeprowadzili sekwencjonowanie mRNA, aby zidentyfikować wszystkie komórki gruczołu łzowego. W wyniku sekwencjonowania ustalono, że dwa różne typy komórek w gruczole łzowym (przewodowe i groniaste) wytwarzają różne składniki łez.

Dlaczego pogarsza się wzrok? Wyjaśniamy mechanizm starzenia się

Wraz z wiekiem zmieniają się możliwości naszych ciał. Czas nie oszczędza także naszego mózgu. Wyjaśniamy co się z nim dzieje.

Następnie zespół wdrożył metodę CRISPR-Cas9 (metodę edycji genetycznej) w celu usunięcia genu o nazwie Pax6, który odgrywa kluczową rolę w rozwoju embrionalnym narządów, w tym oczu i gruczołów łzowych. Po usunięciu wskazanego genu, organoidy utraciły m.in. zdolność do wydzielania i produkcji łez. Podobnie jak we wspomnianym zespole Sjogrena, gdzie utratę Pax6 obserwuje się również w spojówce, tkance wyściełającej powieki i pokrywającej białka oczu. Naukowcy podkreślają więc, że wyhodowane w laboratorium organoidy ułatwią badania nad tą rzadką chorobą.

W kolejnym etapie badań zespół chciał przetestować możliwość wykorzystania sztucznie wyhodowanych organoidów łzowych w przeszczepach. Naukowcy pobrali część ludzkich komórek łzowych i przeszczepili je do mysiego gruczołu łzowego. W ciągu dwóch tygodni komórki przyjęły się i zintegrowały z gruczołem, tworząc struktury kanalików. Pozostały one w gruczole przez co najmniej dwa miesiące, w czasie których prowadzono obserwacje, a niektóre z ludzkich komórek nadal rosły i dzieliły się dwa miesiące po przeszczepie. Produkowały nawet białka łez.

Mimo tak obiecujących wyników, naukowcy z Niderlandów podkreślają, że przeszczep tkanki łzowej u ludzi jest bardzo odległy. Miną lata, zanim udoskonalone zostaną same organoidy. Potrzebne będą też testy na innych zwierzętach, zanim zabiegowi poddani zostaną pierwsi ludzie. W międzyczasie jednak badania zespołu mogą pomóc nam lepiej zrozumieć zaburzenia gruczołu łzowego i znaleźć nowe sposoby ich leczenia.