Sicca-Syndrom: Entwicklung eines 3D-Tränendrüsen-Organoids

Fortschritte in der Erforschung von Stammzellen sowie in den Methoden der Zellkultur haben die Entwicklung von Organoiden – Mini-Organen, die die Gewebeorganisation unseres Körpers nachahmen – ermöglicht. Japanische Wissenschaftler haben nun ein neues dreidimensionales (3D) Organoid-System der Tränendrüse entwickelt, das Menschen mit Sicca-Syndrom Freudentränen bescheren könnte.

In einer neuen Studie, veröffentlicht im Journal “Nature”, hat ein Forschungsteam unter der Leitung der Universität Osaka eine Methode zur Erzeugung von dreidimensionalen (3D) Organoiden aus menschlichen Stammzellen demonstriert, die den Tränenkanal – auch als Tränendrüse bekannt – modellieren. Diese Organoide weisen Organisations- und Verzweigungsmuster auf, die für diejenigen charakteristisch sind, die in der menschlichen Tränendrüse während der Entwicklung beobachtet werden.

Zunächst erzeugten die Wissenschaftler ein zweidimensionales (2D) augenähnliches Organoid unter Verwendung menschlicher induzierter pluripotenter Stammzellen (iPS) und stellten das Vorhandensein von Tränendrüsen-ähnlichen Zellen in diesen Organoiden fest. Die Tränendrüse ist für die Produktion von Flüssigkeit verantwortlich, die das Sehen erleichtert und das Auge schützt. Eine verminderte Tränenproduktion kann das Sicca-Syndrom – auch „Trockenes Auge“ genannt – hervorrufen und ist auch Merkmal einer häufigen Autoimmunerkrankung – des Sjögren-Syndroms.

„Um Tränendrüsen-Organoide herzustellen, haben wir zunächst Tränendrüsen-Vorläuferzellen aus unseren menschlichen 2D-augenähnlichen Organoiden isoliert“, erklärt der leitende Forscher und Erstautor Ryuhei Hayashi. „Wir fanden heraus, dass eine weitere Kultur dieser Vorläuferzellpopulation, welche frühe Marker der Tränendrüsenentwicklung exprimierte, zur erfolgreichen Bildung von 3D-Organoiden der Tränendrüse führte.“

Organoide in Nagetiere transplantiert
Zusätzlich zu den für die Tränendrüse charakteristischen Organisationsmustern exprimierten die Organoide Schlüsselmarker, die mit der Entwicklung der Tränendrüse verbunden sind. Um die Funktionsfähigkeit der Organoide zu untersuchen, transplantierte das Forschungsteam diese in Nagetiere, denen die Tränendrüse teilweise oder vollständig entfernt worden war. „Wir waren erfreut festzustellen, dass die Organoide nach der Transplantation eine Differenzierung in reifes Tränendrüsengewebe zeigten“, berichtet Kohji Nishida, Letztautor der Studie.

Die Methode des Forscherteams stellt die weltweit erste Technologie zur Erzeugung von 3D-Organoiden der Tränendrüse aus menschlichen iPS-Zellen dar. Diese Tränendrüsen-Organoide können als Grundlage für die Entwicklung von regenerativen Therapien und Medikamenten zur Behandlung des schweren Syndroms des Trockenen Auges im Zusammenhang mit dem Sjögren-Syndrom und anderen Erkrankungen dienen.

Originalpublikation:
Hayashi R et al. Generation of 3D lacrimal gland organoids from human pluripotent stem cells. Nature 2022. doi: https://doi.org/10.1038/s41586-022-04613-4