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干细胞领域的突破!科学家们首次让一团细胞“哭”了出来……它有什么用?

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  ▎药明康德内容团队编辑

  荷兰乌得勒支研究所(Hubrecht Institute)和乌得勒支大学医学中心(UMC Utrecht)的科学家们最近取得了一项重要的突破:利用人类干细胞,他们在培养皿中培育出了人类泪腺模型,并首次成功地让这团细胞流出了眼泪

  

  ▲蓝色是细胞核,红色标记的是产生的眼泪成分(图片来源:参考资料[2];Credit:Marie Bannier-Hélaouët,Hubrecht Institute)

  

  这段快放显示了4小时内培养皿里的迷你泪腺被弄“哭”而膨胀的样子(视频来源:参考资料[2];Credit:Marie Bannier-Hélaouët,Hubrecht Institute)

  为什么流眼泪那么重要?泪腺分泌的泪液给角膜提供必要的润滑和营养,并具有抗菌成分。事实上,有很多人正在因为泪液分泌不足而忍受痛苦。也许你已经发现了一点症状:在长久使用屏幕后,眼睛发红、干涩……更严重的情况下,会引起角膜受损,甚至有失明的可能。

  屏幕、隐形眼镜、某些眼部的激光手术,甚至吸烟、空气污染等,都是造成干眼症流行的原因。有数据显示,干眼症的发病率几乎已经和高血压一样,是糖尿病的2倍多。遗憾的是,这种泪腺疾病目前还无法根治,只能对症缓解,例如补充人工泪液。

  

  每三个人中就有一例,是时候重视这种时代病了(图片来源:123RF)

  许多医药研发人员正在为包括干眼症在内的泪腺疾病患者确定新的治疗方案。但是,过去泪腺功能背后的确切生物学机制并不清楚,也缺少可靠的研究模型。这也是为什么此次研究带来的首个会流泪的人类泪腺模型具有重要意义

  “我们希望世界各地的科学家都可以用这个模型在来自患者的类器官上测试新药,或扩增健康细胞,从而确定患者的治疗手段。”研究人员说,“将来,这些泪腺类器官还可能直接移植到泪腺功能不正常的患者体内。”

  

  这项研究发表在Cell Stem Cell杂志(图片来源:官网截图)

  领衔这项研究的是世界知名科学家Hans Clevers教授。他开创性地建立了利用干细胞培育类器官的实验方法。所谓类器官,是模拟实际器官功能的微型3D结构。类器官技术曾在2017年被Nature Methods评为生命科学领域年度技术。Clevers教授过去的研究已经培育出模拟肠道、肝脏、子宫颈癌等的多种类器官。

  尽管有很多成功的经验,人类泪腺仍然给研究人员带来了挑战,最大的困难是如何让培育的泪腺细胞分泌出眼泪。“类器官是用各种刺激生长的生长因子培育出来的,为了让这些类器官‘哭’出来,我们不得不调整配方。”

  最终,研究人员成功了!真正的泪腺会在受到某些刺激后分泌眼泪;类似的,这些培养皿里长出来的微型泪腺在受到特定化学物质(如去甲肾上腺素)的刺激后产生泪水。流入类器官内部的眼泪让整团细胞像气球一样膨胀起来,因此通过它们的大小就可以看出它们有没有在“哭”。

  

  该研究示意图(图片来源:参考资料[1])

  在这篇论文中,研究人员利用单细胞测序技术分析了人类泪腺的细胞类型,借助CRISPR-Cas9基因编辑技术揭示了调控泪腺细胞分化所需的主要调控因子。基于这些信息,他们计划继续培养出包含更多细胞类型的完整泪腺,在药物开发和临床应用中发挥作用。

  有趣的是,这支研究团队除了进一步研究人类的泪腺外,据介绍他们还在与博物学家展开合作,希望用这项技术研究“鳄鱼的眼泪”。

  参考资料

  [1] Marie Bannier-Hélaouët et al., (2021) Exploring the human lacrimal gland using organoids and single-cell sequencing. Cell Stem Cell Doi: https://doi.org/10.1016/j.stem.2021.02.024

  [2] Crying human tear glands grown in the lab. Retrieved Apr. 19, 2021 from https://www.hubrecht.eu/crying-human-tear-glands-grown-in-the-lab/

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