Довести кого-либо до слёз – не самое достойное достижение, но только не в случае группы учёных из Института Хюбрехта в Нидерландах, которым удалось вырастить из стволовых клеток слёзные железы и заставить их плакать.

Слёзные железы являются частью обширного слёзного аппарата, отвечающего за поддержание нормальной работы роговицы и конъюнктивы. Сама железа вырабатывает основной водосодержащий компонент слёзной жидкости, которая увлажняет, смазывает, питает и защищает поверхность глазного яблока от инородных частиц, а также принимает участие в преломлении света. Разного рода патологии слёзных желез могут проявляться в повышенном или пониженном слезообразовании. Подобные состояния зачастую сопровождаются дискомфортом и болезненными ощущениями, а способы их лечения довольно ограничены, не в последнюю очередь из-за малой изученности слёзных желез и их аномалий.

Впервые в истории биоинженеры сумели вырастить из человеческих стволовых клеток слёзные железы, способные секретировать полноценные слёзы. По словам генетика Ханса Клеверса, данное исследование ляжет в основу методик использования органоидов (искусственно выращенных органов) для углублённого изучения желез и испытания инновационных препаратов для лечения их патологий. Кроме того, учёные не отрицают возможности того, что в будущем выращенные из стволовых клеток органоиды можно будет пересаживать пациентам с аномалиями развития или дисфункцией слёзных желез.

Генетики адаптировали традиционный протокол, используемый для экспериментов по выращиванию различных органов. Сперва они попытались сымитировать слёзные железы мышей, вырастив их из стволовых клеток грызунов, а затем повторили аналогичный эксперимент с человеческими стволовыми клетками. За несколько месяцев из недифференцированных клеток созрели органоиды, идентичные полноценным железам по своей структуре и функциям. При воздействии нейротрансмитера норадреналина, который провоцирует секрецию слёз, органоиды раздулись будто воздушные шарики, наполнившись слёзной жидкостью.

Убедившись в том, что выращенные слёзные железы в полной мере соответствуют своим природным прототипам, учёные приступили к изучению структуры и генетической информации клеток. На данном этапе исследования они обнаружили новые компоненты слёзной жидкости, производимые различными типами клеток внутри желез. Далее на примере мышиных слёзных желез генетики идентифицировали ген PAX6, который играет важную роль в формировании слёзных желез у млекопитающих. В рамках лабораторных экспериментов исследователи удалили ген при помощи технологии CRISPR/Cas9: в итоге органоиды утратили возможность реагировать на нейтротрансмитеры и участвовать в метаболизме ретинола. Кроме того, удаление гена PAX6 отключило экспрессию ряда генов, отвечающих за производство и секрецию слёз. К слову, с «отключением» этого гена связывают патогенез аутоиммунного заболевания, известного как синдром Шегрена. Исследователи считают, что модели слёзной железы с вырезанным геном PAX6 позволят более эффективно тестировать потенциальные методы лечения данного синдрома.

Исследователи также протестировали потенциал органоидов в регенеративной медицине. В частности, учёные подсадили в слёзные железы мышей клетки органоидов, выращенных из человеческих стволовых клеток. Спустя две недели в трансплантированных тканях образовались структуры, напоминающие слёзные протоки. На протяжении двух месяцев, в течение которых учёные вели наблюдения, подсаженные клетки размножались и производили компоненты слёзной жидкости. В рамках дальнейших экспериментов исследователи планируют произвести оценку положительных эффектов от пересадки органоидов мышам с синдромом сухого глаза. Кроме того, для воспроизведения синдрома Шегрена в лабораторных условиях биологи попытаются включить в модель иммунные клетки.

Учёные также займутся разработкой методики создания моделей органоидов с учётом симптоматики конкретных пациентов для формирования индивидуального подхода в изучении и лечении заболеваний слёзных желез. По словам Ханса Клеверса, подобные методики представляется возможным реализовать уже в обозримом будущем, а вот с использованием органоидов в регенеративной медицине придётся подождать.

Источник: Exploring the human lacrimal gland using organoids and single-cell sequencing