Eye-on-a-chip: как заставить стероидную глаукому признаться

Глаукома - одна из ведущих причин слепоты, и самый любимый её триггер это повышенное ВГД. Стероиды мы назначаем, а вот механизм стероид-индуцированной глаукомы до сих пор был примерно в зоне «кажется, дело в трабекулярке, но это неточно».

Авторы собрали систему human ocular fluid outflow on-chip - микрофлюидное устройство из PDMS с двумя параллельными каналами, встроенными в трёхмерный коллагеновый гидрогель. Один канал заселяют клетками трабекулярной сети, второй - клетками эндотелия шлеммова канала (либо лимфатоподобными эндотелиальными клетками, либо первичными эндотелиальными клетками самого шлеммова канала).

Всю эту конструкцию ставят на качающуюся платформу, чтобы клетки чувствовали сдвиговые нагрузки примерно как в реальном глазу. Отток моделируют просто и изящно: создают разницу уровней жидкости между каналами и измеряют объём, который перетёк за двенадцать часов. Получается скорость потока около полутора–двух микрометров в секунду, а это очень близко к расчётной скорости оттока водянистой влаги у человека.

Дальше в ход идёт наш любимый герой-антагонист - дексаметазон. Семидневное воздействие дексаметазона на чипе снижает скорость оттока и утолщает адгезивные контакты, содержащие VE-cadherin, в эндотелии шлеммова канала и лимфатоподобных эндотелиальных клетках.

Сами авторы честно формулируют суть работы: они воспроизвели стероид-индуцированную глаукому и раскрыли ранее не описанный механизм участия пути ALK5/VEGFC в регуляции межклеточных контактов эндотелия шлеммова канала. Если перевести с «нейчеровского» на человеческий язык, получается следующее:

Как они выкопали путь ALK5/VEGFC

Чтобы не устраивать игру «угадай сигнальный путь», команда сначала использовала NicheNet - инструмент на основе методов машинного обучения, который по данным одноклеточного секвенирования транскриптома глаукомных и здоровых тканей предсказывает, какие межклеточные сигнальные молекулы наиболее вероятно управляют наблюдаемыми изменениями. В списке кандидатов наверх вылезли VEGF, TGF-β, IL-6 и HMGB1.

Дальше начинается офтальмологический детектив:

• На чип добавляют ингибитор рецепторов TGF-β под названием SB431542. Дексаметазон по-прежнему портит отток и утолщает контакты эндотелия шлеммова канала, но в присутствии SB431542 эти эффекты почти полностью сглаживаются - и по скорости потока, и по толщине контактов, содержащих VE-cadherin.
• В трабекулярной сети под действием дексаметазона снижается секреция VEGFC. Если подавить активность ALK5 с помощью молекул, нарушающих экспрессию этого рецептора, уровень VEGFC уже не падает, а отток не ломается. То есть ALK5 обязателен, чтобы стероид выключил VEGFC в трабекулярной сети и тем самым «закрутил гайки» в эндотелии шлеммова канала.
• В стероидной модели глаукомы у мышей тот же SB431542 снижает внутриглазное давление, нормализует толщину межклеточных контактов эндотелия шлеммова канала и частично возвращает концентрацию VEGFC в водянистой влаге.

Финальный удар - подавление экспрессии ALK5 в живом глазу при помощи малых интерферирующих молекул, направленных на соответствующий ген. Это вмешательство также снижает внутриглазное давление, расширяет межклеточные контакты эндотелия шлеммова канала и повышает уровень VEGFC в водянистой влаге до значений, близких к контрольным.

В сумме получается аккуратная причинно-следственная цепочка: дексаметазон активирует ALK5 в трабекулярной сети, это ведёт к падению секреции VEGFC, затем через VEGFR3 в эндотелии шлеммова канала сжимаются контакты между клетками, растёт сопротивление оттоку, а вслед за этим повышается внутриглазное давление.

Для клиники завтра это ничего не меняет, но для тех, кто делает новые антиглаукомные препараты, это очень громкий звоночек в сторону таргетной терапии.