科學實驗：科學家在實驗室培養出人類淚腺


圖片來源：Pixabay
成年人體內的大部分器官都有再生能力，可通過更新其自身細胞來保持組織的健康和正常運行。這種能力來源於成體幹細胞，它們存在於大多數器官中，分裂成新的細胞，取代舊的、受損的細胞。.
事實證明，實驗室中可以分離和培養幹細胞。在此過程中，從原器官提取出來的幹細胞可以形成同一器官的微型複製品，也就是所謂的“類器官”。
與最近從烏得勒支搬到矽穀商業部門的同事Yorick Post一起，我們做了一個人類淚腺類器官，並且可以讓它流淚，當然，不是通過欺負而讓它哭，而是用腎上腺素刺激它從而使它分泌淚水。人類疼痛時就會釋放腎上腺素。通過研究這些類器官產生的淚液，我們或許能夠幫助開發治療幹眼病的方法，比如將類器官移植到人類患者體內。
微型器官
因為難於在培養皿中培養，實驗室進行的幹細胞研究一直阻礙重重。直到2009年，人們發現了培養腸幹細胞的完美方法，這種幹細胞可以長成腸道的微小複製品：一個微型器官。由於這種相似性，我們現在稱這些體外模型為“類器官”。
從那時起，大多數器官都會以類器官的形式製造出來，用於研究與特定組織相關的生理學和疾病。它們最近被用來研究新冠病毒（SARS-CoV2）如何影響不同的器官。研究發現SARS-CoV2可以感染人類腸道，這就解釋了為什麽一些新冠肺炎患者會腹瀉。
隨著越來越多的類器官出現在實驗室裏，我們把目光放在了一個未被考慮過的器官上：淚腺。淚腺其實是一個非常重要的器官，它產生眼淚潤滑眼睛，保護眼睛免受感染。
當淚腺功能不正常時，人們會感到瘙癢和疼痛，“幹眼症”就由此產生。全世界至少有5%的成年人會患此疾病。直到現在，由於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淚腺類器官來建一個淚腺模型。


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腺體設計
培養類器官，首先需要從病人身上直接取下組織。我們從醫院獲得淚腺樣本，後將其加工成小塊。
這些小塊被放在一滴凝膠中，就像坐在一個墊子上。重要的是，這種凝膠可以為幹細胞提供三維的生長環境，讓它們能夠組合成任意形狀。我們通過刺激淚腺幹細胞分裂促使培養物生長，幾天後就可以在培養皿裏看到第一個球狀的淚腺類器官。
這隻是第一步，因為這些淚腺類器官大多含有幹細胞。淚腺幹細胞不同於淚腺中的成熟細胞。重要的是，幹細胞本身並不能產生或流眼淚。
但是淚腺幹細胞能產生成熟的能夠流淚的淚腺細胞，這個過程被稱為“分化”。當停止刺激幹細胞分裂成其他幹細胞時，“分化”就會發生。我們發現，淚腺類器官至少要經過7天的培養才能產生眼淚。
催淚器
實驗的最後一步是讓類器官流淚。人類感到疼痛時的哭泣是由腎上腺素等刺激物引起的。為了在培養皿中重現這一過程，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。類器官在內部分泌眼淚: 它們在哭泣，但眼淚卻無處可去。
現在可以用這些淚腺類器官做些什麽？首先，科學家可以用它們來研究淚腺是如何工作的: 它如何產生淚水，產生什麽樣的淚水，以及當淚腺不再產生淚水時會發生什麽。
現在，幹眼症患者必須不斷地使用眼藥水來潤滑眼表。有了淚腺類器官，科學家們可以篩選出更好、更有效的藥物來治療幹眼症。未來甚至可以將淚腺類器官移植回幹眼症患者體內。
這一方法已經在唾液腺類器官的臨床試驗中得到應用。患頭頸部癌症的患者在接受放射治療後往往會失去唾液腺，導致口幹。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，但有一些有趣的區別。不久的將來，我們可能會在實驗室裏培養出鱷魚淚腺類器官，並且第一次在培養皿的臨床環境中製造出“鱷魚的眼淚”。
撰文：Marie Bannier-Hélaouët，烏德勒支大學Hubrecht研究所博士生
翻譯：張乃欣
審校：曾小歡
引進來源：theconversation


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