Новый гидрогель способствует регенерации ткани, подобной слюнным железам

Фото из открытых источников

Слюнные железы играют важную роль в защите здоровья полости рта, выделяя слюну для помощи пищеварению, речи и иммунитету. Когда эти железы необратимо повреждены — радиотерапией или аутоиммунными атаками — пациенты часто сталкиваются с хроническим дискомфортом, трудностями при приеме пищи и повышенным риском инфекции. 

Тем не менее, воссоздание функции слюны в лабораторных условиях остается труднодостижимой задачей из-за сложности специализированных клеток и микросреды железы. Большинство существующих систем культивирования основаны на каркасах животного происхождения или химически фиксированных матрицах, которые не поддерживают идентичность человеческих ацинарных клеток с течением времени. Из-за этих ограничений существует острая необходимость в биоинженерных трехмерных (3D) средах, которые поддерживают долгосрочное выживание и функционирование клеток слюнных желез.

В новом исследовании, опубликованном в International Journal of Oral Science, ученые из Университета Макгилла представили гидрогель следующего поколения, который поддерживает регенерацию ткани, подобной слюнным железам. Команда протестировала три состава и обнаружила, что версия, содержащая гиалуроновую кислоту, называемая AGHA, лучше всего поддерживает образование крупных жизнеспособных сфероидов, имитирующих нативную архитектуру желез. Эти трехмерные клеточные кластеры поддерживали высокую экспрессию ключевых слюнных белков и динамично реагировали на химическую стимуляцию, предлагая мощный инструмент для моделирования заболеваний и тестирования потенциальных методов лечения ксеростомии.

Исследователи сравнили три типа гидрогеля: базовый альгинат-желатин (AG), версию с добавлением коллагена (AGC) и AG, содержащий гиалуроновую кислоту (AGHA), который включает гиалуроновую кислоту. Хотя все продемонстрировали механические свойства, аналогичные свойствам нативной ткани, AGHA проявился как превосходный каркас. В гелях AGHA слюнные ацинарные клетки образовали крупные сфероиды, содержащие более 100 клеток с более чем 93% жизнеспособности. Эти структуры поддерживали метаболическую активность и надежную экспрессию функциональных маркеров, включая AQP5, ZO-1, NKCC1 и α-амилазу — все они необходимы для секреции слюны. При стимуляции изопреналином сфероиды увеличили производство гранул, содержащих α-амилазу, что подтвердило их функциональную отзывчивость. Обратимость геля, достигнутая посредством простого удаления ионов, позволила неразрушающее извлечение неповрежденных сфероидов — важная особенность для последующего клинического или экспериментального использования. Гидрогель также успешно поддерживал расширение первичных клеток слюны человека в течение 15 дней, демонстрируя свою универсальность в качестве культуральной платформы.

«Это исследование показывает, что путем тонкой настройки состава гидрогеля мы можем точно воспроизвести нативную среду слюнных ацинарных клеток. Наша платформа на основе AGHA не только поддерживает долгосрочную жизнеспособность и функционирование, но и позволяет легко восстанавливать сфероиды без ферментативного повреждения. Это значительный шаг вперед в разработке in vitro моделей расстройств слюнных желез и потенциальных регенеративных методов лечения для пациентов, страдающих от хронической сухости во рту», - говорит соавтор исследования Саймон Д. Тран.

Последствия этой гидрогелевой системы выходят за рамки ксеростомии. Обеспечивая рост функциональной слюнной ткани в удобной для лабораторных условий обратимой матрице, эта платформа может ускорить разработку моделей заболеваний, высокопроизводительных инструментов скрининга лекарств и даже имплантируемых трансплантатов. Ее совместимость как с бессмертными клеточными линиями, так и с первичными человеческими клетками делает ее универсальной основой для будущих регенеративных приложений. Более того, исключение материалов животного происхождения улучшает воспроизводимость и клиническую значимость. Благодаря этому нововведению исследователи на один шаг приближаются к восстановлению естественной слюнной функции у пациентов, которые в ней больше всего нуждаются.