科學(xué)實(shí)驗(yàn)：科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)出人類淚腺


圖片來源：Pixabay
成年人體內(nèi)的大部分器官都有再生能力，可通過更新其自身細(xì)胞來保持組織的健康和正常運(yùn)行。這種能力來源于成體干細(xì)胞，它們存在于大多數(shù)器官中，分裂成新的細(xì)胞，取代舊的、受損的細(xì)胞。.
事實(shí)證明，實(shí)驗(yàn)室中可以分離和培養(yǎng)干細(xì)胞。在此過程中，從原器官提取出來的干細(xì)胞可以形成同一器官的微型復(fù)制品，也就是所謂的“類器官”。
與最近從烏得勒支搬到硅谷商業(yè)部門的同事Yorick Post一起，我們做了一個(gè)人類淚腺類器官，并且可以讓它流淚，當(dāng)然，不是通過欺負(fù)而讓它哭，而是用腎上腺素刺激它從而使它分泌淚水。人類疼痛時(shí)就會(huì)釋放腎上腺素。通過研究這些類器官產(chǎn)生的淚液，我們或許能夠幫助開發(fā)治療干眼病的方法，比如將類器官移植到人類患者體內(nèi)。
微型器官
因?yàn)殡y于在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的干細(xì)胞研究一直阻礙重重。直到2009年，人們發(fā)現(xiàn)了培養(yǎng)腸干細(xì)胞的完美方法，這種干細(xì)胞可以長(zhǎng)成腸道的微小復(fù)制品：一個(gè)微型器官。由于這種相似性，我們現(xiàn)在稱這些體外模型為“類器官”。
從那時(shí)起，大多數(shù)器官都會(huì)以類器官的形式制造出來，用于研究與特定組織相關(guān)的生理學(xué)和疾病。它們最近被用來研究新冠病毒（SARS-CoV2）如何影響不同的器官。研究發(fā)現(xiàn)SARS-CoV2可以感染人類腸道，這就解釋了為什么一些新冠肺炎患者會(huì)腹瀉。
隨著越來越多的類器官出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室里，我們把目光放在了一個(gè)未被考慮過的器官上：淚腺。淚腺其實(shí)是一個(gè)非常重要的器官，它產(chǎn)生眼淚潤(rùn)滑眼睛，保護(hù)眼睛免受感染。
當(dāng)淚腺功能不正常時(shí)，人們會(huì)感到瘙癢和疼痛，“干眼癥”就由此產(chǎn)生。全世界至少有5%的成年人會(huì)患此疾病。直到現(xiàn)在，由于缺乏良好的人類淚腺模型，這種疾病的研究依然受到阻礙。所以我們決定通過培養(yǎng)淚腺類器官來建一個(gè)淚腺模型。


圖片來源：Pixabay
腺體設(shè)計(jì)
培養(yǎng)類器官，首先需要從病人身上直接取下組織。我們從醫(yī)院獲得淚腺樣本，后將其加工成小塊。
這些小塊被放在一滴凝膠中，就像坐在一個(gè)墊子上。重要的是，這種凝膠可以為干細(xì)胞提供三維的生長(zhǎng)環(huán)境，讓它們能夠組合成任意形狀。我們通過刺激淚腺干細(xì)胞分裂促使培養(yǎng)物生長(zhǎng)，幾天后就可以在培養(yǎng)皿里看到第一個(gè)球狀的淚腺類器官。
這只是第一步，因?yàn)檫@些淚腺類器官大多含有干細(xì)胞。淚腺干細(xì)胞不同于淚腺中的成熟細(xì)胞。重要的是，干細(xì)胞本身并不能產(chǎn)生或流眼淚。
但是淚腺干細(xì)胞能產(chǎn)生成熟的能夠流淚的淚腺細(xì)胞，這個(gè)過程被稱為“分化”。當(dāng)停止刺激干細(xì)胞分裂成其他干細(xì)胞時(shí)，“分化”就會(huì)發(fā)生。我們發(fā)現(xiàn)，淚腺類器官至少要經(jīng)過7天的培養(yǎng)才能產(chǎn)生眼淚。
催淚器
實(shí)驗(yàn)的最后一步是讓類器官流淚。人類感到疼痛時(shí)的哭泣是由腎上腺素等刺激物引起的。為了在培養(yǎng)皿中重現(xiàn)這一過程，我們給淚腺類器官施加腎上腺素。腎上腺素使我們的淚腺類器官像氣球一樣膨脹。類器官在內(nèi)部分泌眼淚: 它們?cè)诳奁?，但眼淚卻無處可去。
現(xiàn)在可以用這些淚腺類器官做些什么？首先，科學(xué)家可以用它們來研究淚腺是如何工作的: 它如何產(chǎn)生淚水，產(chǎn)生什么樣的淚水，以及當(dāng)淚腺不再產(chǎn)生淚水時(shí)會(huì)發(fā)生什么。
現(xiàn)在，干眼癥患者必須不斷地使用眼藥水來潤(rùn)滑眼表。有了淚腺類器官，科學(xué)家們可以篩選出更好、更有效的藥物來治療干眼癥。未來甚至可以將淚腺類器官移植回干眼癥患者體內(nèi)。
這一方法已經(jīng)在唾液腺類器官的臨床試驗(yàn)中得到應(yīng)用?；碱^頸部癌癥的患者在接受放射治療后往往會(huì)失去唾液腺，導(dǎo)致口干。移植唾液腺類器官有望治療這種疾病。


圖片來源：Pixabay
我們留意的另一個(gè)組織是鱷魚的淚腺，它與人類的淚腺非常相似，但有一些有趣的區(qū)別。不久的將來，我們可能會(huì)在實(shí)驗(yàn)室里培養(yǎng)出鱷魚淚腺類器官，并且第一次在培養(yǎng)皿的臨床環(huán)境中制造出“鱷魚的眼淚”。
撰文：Marie Bannier-Hélaou?t，烏德勒支大學(xué)Hubrecht研究所博士生
翻譯：張乃欣
審校：曾小歡
引進(jìn)來源：theconversation


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