Die Tränendrüse (LG) ist entscheidend für die Bildung der wässrigen Schicht des Tränenfilms, die für die Aufrechterhaltung der Homöostase der Augenoberfläche1 entscheidend ist. Eine Funktionsstörung des LG, verursacht durch Verletzungen oder Entzündungen, führt zu einer wässrig-defizienten trockenen Augenerkrankung (ADDE). Diese Erkrankung kann zu schwerer Entzündung der Augenoberfläche, chronischen Hornhauterkrankungen und in schweren Fällen zu dauerhaftemSehverlust führen. Aktuelle Behandlungen für ADDE behandeln hauptsächlich die Symptome, ohne die zugrunde liegende Drüsenfunktionsstörung anzugehen, die ihre langfristigeWirksamkeit einschränkt. Die Entwicklung gezielter Therapien für LG-Dysfunktion bringt mehrere Herausforderungen mit sich, darunter das Fehlen langfristiger, einfacher In-vitro-Modelle, die das Verständnis der LG-Pathophysiologie einschränken und die Entwicklung wirksamer Therapien behindern. Obwohl die Zelltransplantation Potenzial zur Förderung der LG-Regeneration gezeigt hat, stellen die begrenzte Expansionskapazität von Zellen in vitro und die Komplexität bestehender Kultursysteme erhebliche Hindernisse für die klinische Anwendungdar 1,3. Daher ist es unerlässlich, ein einfaches, langfristiges Kultursystem für erwachsene Maus-LGs zu etablieren, um das Verständnis der LG-Physiologie und -Pathologie zu fördern sowie eine zuverlässige Quelle von LG-Stamm-/Vorläuferzellen für die Reparatur und Regeneration von LG-Verletzungen bereitzustellen.
Bestehende In-vitro-Kultursysteme für LG haben erhebliche Fortschritte gemacht, stehen aber weiterhin vor erheblichen Einschränkungen. Viele dieser Methoden basieren auf serum-supplementierten Medien, was mehrere Probleme mit sich bringt, wie Batch-zu-Batch-Variabilität, undefinierte Komponenten und das Risiko einer Fibroblasten- oder mesenchymalen Cellkontamination 4,5,6,7,8. Zudem sind serumbasierte Systeme ungeeignet für die Untersuchung der pathogenen Mechanismen von LG-Erkrankungen und stellen aufgrund potenzieller Immunabstoßungsrisiken Herausforderungen für Zelltransplantationstherapiendar. Als Reaktion auf diese Einschränkungen wurden mehrere serumfreie Methoden entwickelt, um LG-Epithelzellen (LGECs) sowohl von Mäusen als auch von Menschen zu kultivieren. Zum Beispiel setzten Ueda et al. erfolgreich eine serumfreie Methode ein, um LGECs aus neugeborenenMäusen 10 zu kultivieren. Diese Methode war jedoch durch die Unfähigkeit eingeschränkt, die Zellen durch Subkulturen zu leiten, und durch die Notwendigkeit, dass eine große Anzahl neonataler Drüsen ausreichend LGECs erhalten konnte. Ähnlich entwickelten Kobayashi et al. ein serumfreies Kultursystem mit Choleratoxin, hatten jedoch Schwierigkeiten bei der Aufrechterhaltung der zellulären Morphologie währendAbschnitt 11. Neuere Fortschritte umfassen Zhang et al.s Entwicklung eines 3D-Kultursystems für Maus-LG-Stammzellen und das LG-Organoidkultursystem von Bannier-Hélaouët et al. für Mäuse und Menschen 12,13,14,15. Diese Systeme basieren jedoch auf komplexen Medienformulierungen mit mehreren kleinen Molekülen, Wachstumsfaktoren und Zusatzstoffen, was den Kulturprozess erschwert und die Skalierbarkeit einschränkt. Diese Herausforderungen unterstreichen die Notwendigkeit eines vereinfachten, effektiven serumfreien Kultursystems, das die effiziente Ausweitung von LGECs ermöglichen kann, während deren proliferative und Stamm-/Vorläufermerkmale für weitere therapeutische Anwendungen und Forschung erhalten bleiben.
In den letzten Jahren hat die rasante Entwicklung der kleinen molekülvermittelten chemischen Umprogrammierung neue Strategien zur Erhaltung und Erweiterung primärer adulter Zellen in vitro16 eingeführt. Durch die Regulierung intrazellulärer Signalwege, Zell-Matrix-Interaktionen und Zelladhäsion verbessern kleine Moleküle die Zellproliferation und Plastizität erheblich, was die Effizienz der Zellexpansion und die Kontrolle des Schicksalsverbessert 17. Aufgrund ihrer kontrollierbaren Produktion, niedrigen Immunogenität und nicht-genomischen Integration sind kleine Moleküle ideal für den Bau von In-vitro-Systemen zur Erweiterung adulter Epithelzellen16. Kombinationen verschiedener kleiner Moleküle haben gezeigt, dass sie die in-vitro-Expansion verschiedener primärer Zelltypen, einschließlich Haut-, Hornhaut- und konjunktivalen Epithelstammzellen, effektiv aufrechterhalten 18,19,20. Daher zeigt die Entwicklung einer auf kleinen Molekülen basierenden Strategie zur Erweiterung von LGECs Potenzial für zukünftige Anwendungen sowohl in der Forschung als auch in therapeutischen Umgebungen.
In diesem Protokoll wurde ein einfaches und effizientes, serumfreies Kultursystem entwickelt, das zwei kleine Moleküle, Y27632 und SB431542 (2C), verwendet, um die Expansion von LGECs zu unterstützen. Durch die Kombination der Vorteile dieser beiden Moleküle wurde ein serumfreies System für sowohl 2D- als auch 3D-Kulturen etabliert. LGECs, die mit 2C kultiviert wurden, zeigten eine hohe Proliferationskapazität und Stamm-/Vorläuferzellmerkmale und behielten die typische Epithelzellmorphologie nach mindestens 10 Passagen in vitro bei. In der 3D-Kultur behielten LGECs nicht nur Stamm-/Vorläuferzellmerkmale, sondern zeigten auch die Fähigkeit, nach der Entfernung von 2C weiter in sekretorische Strukturen zu differenzieren und so Mikrodrüsenstrukturen mit sekretorischer Funktion zu bilden. Dieses serumfreie System eignet sich für In-vitro-Modelle der LG-Physiologie und -Pathologie und bietet zugleich eine bedeutende Zellquelle für LG-Gewebetechnik und regenerative Anwendungen. Das vorliegende Protokoll bietet jedoch nur eine vorläufige Erkundung der 3D-Kultur. Langfristige 3D-Kultur liegt derzeit außerhalb des Rahmens dieser Forschung. Es ist wichtig zu beachten, dass diese Methode speziell für adulte Maus-LGECs entwickelt wurde und ohne weitere Optimierung möglicherweise nicht auf andere Arten anwendbar ist.