Американские ученые создали модель внешних слоев глаза человека, граничащих с окружающей средой. Полученная миниатюрная система содержит живые клетки, позволяя экспериментально изучать многие происходящие на глазной поверхности процессы, в том числе патологические — например, синдром сухого глаза. Одна из особенностей нового подхода — реалистичное моргание, благодаря которому стало возможно исследовать ранее недоступные для детального моделирования феномены, пишут авторы в журнале Nature Medicine.
Человеческие органы обладают сложной структурой, включающей множество клеток разных типов. В частности, внешние покровы органов формируют специальные слои, призванные препятствовать попаданию чужеродных объектов и поддерживать гомеостаз — постоянство внутренних условий. Однако, несмотря на значительный прогресс в плане понимания подобных границ между тканями, получение их полноценных экспериментальных моделей остается серьезной проблемой.
Человеческий глаз в этом смысле не исключение, но его особенность заключается в соседстве с внешней средой. Это обстоятельство осложняет работу органа и налагает дополнительные ограничения, связанные с защитой от неблагоприятных факторов и патогенов. В контексте глаза модель органа могла бы помочь исследовать многие заболевания и нахйти более эффективные лекарства, а также определить роль моргания как в норме, так и в случае воспалительных процессов.
В работе американских ученых под руководством Тонына Уна (Dongeun Huh) представлен миниатюрный аналог глазной поверхности, созданный методами обратной разработки, то есть посредством копирования готового образца. Ключевым отличием данной разработки от альтернатив является учет моргания и включение живых человеческих клеток, что позволяет воспроизвести близкую к настоящей реакцию на лекарственный препарат.
Созданная авторами модель соответствует реальному глазу по геометрии и клеточному составу внешних слоев. Модель состоит из 3D-биопечатного куполообразного каркаса, который связан с системой снабжения питательной жидкостью, слезным каналом и биомиметическим веком, способным совершать поступательные движения. За основное вещество роговицы (стромы) отвечают помещенные внутрь каркаса кератоциты роговицы (фибробласты роговой оболочки), окруженные внеклеточной матрицей из гидрогеля. Живые клетки были получены из роговицы и соединительной оболочки (конъюнктивы) глаза человека.
Экспериментируя с полученной моделью, авторы смогли успешно воспроизвести связанный с повышенным испарением слез сухой кератоконъюнктивит, также называемый синдромом сухого глаза, и показали возможность проверки эффективности лекарств на примере лубрицина. Имитация моргания позволила собрать данные, указывающие на существенную роль вызываемых движением века сил в перераспределении клеток в роговице, однако эти результаты необходимо подтвердить дополнительными экспериментами.
Авторы заключают, что системы, подобные представленной в данной работе, вполне могут в будущем полностью заменить животные модели в качестве платформы для преклинических исследований препаратов против глазных заболеваний. В текущем виде в модели отражены лишь основные элементы настоящего глаза, для полноценного воспроизведения понадобится значительное усложнение, в том числе включение сосудистого питания, добавление иммунных клеток и иннервация.
Заглавная иллюстрация: https://ua.depositphotos.com
