Моргающий робоглаз сымитировал сухость настоящего
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 найти 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.
Ранее сообщалось, что в США начались испытания имплантируемого в мозг чипа для восстанавливения зрения, а бионический глаз научился читать верхнюю строчку офтальмологической таблицы. О зрении человека мы рассказывали в материале «Зрение как оно есть». Также мы подробно описывали способ лазерной корректировки зрения в тексте «Тоньше алмазного ножа».
Тимур Кешелава
Ученые выяснили степень его участия в повреждении почек
Группа ученых из шести стран выяснила, что высокое соотношение аденин/креатинин в моче надежно предсказывает терминальную стадию почечной недостаточности при диабетической нефропатии у пациентов без повышения концентрации альбумина в моче. Кроме того, снижение выработки эндогенного аденина предотвращает увеличение и повреждение почек у мышей с диабетом. Исследование опубликовано в журнале Journal of Clinical Investigation. Прогрессирующие поражения почек, сопровождающиеся снижением скорости клубочковой фильтрации, связаны с развитием гломерулосклероза, тубулоинтерстициального фиброза, повреждения сосудов и выходом белков плазмы крови в мочу (протеинурия). Однако у многих пациентов, у которых в конечном итоге развивается терминальная стадия заболевания почек, даже при снижении скорости клубочковой фильтрации может не наблюдаться протеинурии, что затрудняет оценку степени поражения почек, особенно при диабетической нефропатии. Поэтому определение новых биомаркеров, которые участвуют в патогенезе диабетической нефропатии и предсказывают прогрессирование поражения почек, могло бы открыть новые диагностические возможности для пациентов с диабетом. Ученые из Германии, Канады, Нидерландов, Сингапура, США и Швейцарии под руководством Кумара Шарма (Kumar Sharma) из Техасского университета в Сан-Антонио исследовали метаболомику мочи у пациентов с диабетом второго типа и сниженной скорости клубочковой фильтрации, чтобы найти маркеры развивающейся терминальной стадии почечной недостаточности. Целенаправленный анализ выявил 13 метаболитов-кандидатов, одним из которых был аденин. Поскольку известно, что экзогенный аденин связан с развитием почечной недостаточности у мышей, крыс и собак, ученые оценили, связан ли эндогенный аденин с прогрессированием заболеваний почек у пациентов с диабетом. Всего в изучаемых когортах было более 1200 человек с диабетом. Анализ показал, что пациенты с высоким соотношением аденин/креатинин в моче подвержены высокому риску развития терминальной стадии почечной недостаточности и смерти от всех причин. При этом такие ассоциации наблюдались как у пациентов с относительно сохранной скорости клубочковой фильтрации и без протеинурии. Кроме того, эта связь оставалась статистически достоверной в парных образцах мочи, взятых с разницей в один год. Применение блокатора натрий-глюкозного котранспортера второго типа эмпаглифлозина значительно снижало соотношение аденин/креатинин на 36,4 процента. Ученые наблюдали общее увеличение концентрации аденина во всех срезах биоптатов почек у участников с диабетом по сравнению со здоровыми контрольными группами. Поскольку аденин в основном локализовался в канальцах диабетической почки, а лечение эмпаглифлозином снижало его концентрацию, ученые посчитали клетки проксимальных канальцев клетками-мишенями, на которые воздействует аденин. Эксперименты на мышах показали, что воздействие аденина на почки стимулирует синтез растворимого рецептора фактора некроза опухоли-1 и молекулы повреждения почек-1, гипертрофию почек, активность мишени рапамицина у млекопитающих (mTOR) в почечных клетках и выработку почечного матрикса. Таким образом, аденин можно рассматривать как биомаркер развития терминальной стадии почечной недостаточности у пациентов с диабетической нефропатией. Кроме того, ученые выяснили, в каких именно патогенетических процессах участвует аденин при этом состоянии, что подтверждает его диагностический потенциал в качестве маркера поражения почек. Самое важное при лечении диабета — найти способ эффективно снизить уровень глюкозы в крови. Ранее мы рассказывали, что это удалось сделать чайному грибу: за месяц его ежедневного питья уровень глюкозы снизился почти на три миллимоль на литр.