Dysfunkcja gruczołu ślinowego wpływa na miliony ludzi na całym świecie, co prowadzi do takich warunków, jak kserostomia lub suchość w ustach, co znacząco wpływa na jakość życia. Ten stan jest powszechny wśród osób starszych i pacjentów poddawanych radioterapii raka głowy i szyi. Kserostomia może powodować trudności w mówieniu, jedzeniu i połykaniu oraz może prowadzić do doustnych infekcji i próchnicy z powodu zmniejszonej produkcji śliny. Obecnie dostępne zabiegi zapewniają jedynie tymczasową ulgę i często wiążą się z skutkami ubocznymi. Zabiegi te obejmują stymulanty i substytuty śliny, ale nie dotyczą one uszkodzenia gruczołowego. Jednak obiecujące nowe badania w inżynierii tkankowej dają nadzieję na bardziej skuteczne i trwałe rozwiązania, koncentrując się na regeneracji uszkodzonych tkanek i przywróceniu normalnej funkcji gruczołu.
Naukowcy z uniwersytetu w Albany, prowadzeni przez profesor Susan Sharfstein, wraz ze Stephen Rose, profesorem Melinda Larsen i dr Yubing Xie, przeprowadzili obszerny przegląd aktualnych postępów w inżynierii tkanki gruczołu ślinowego. Ta recenzja, opublikowana w czasopiśmie BioEngineering, podkreśla najnowsze osiągnięcia i przyszłe kierunki w tej szybko rozwijającej się dziedzinie.
Bioinżynieria gruczołu ślinowego koncentruje się na przywróceniu zdolności gruczołu do wytwarzania śliny za pomocą innowacyjnych technik, takich jak terapia genowa, terapia oparta na komórek macierzystych oraz zastosowanie wspomagających biomateriałów i metod wytwarzania rusztowania. Naukowcy zbadali szereg komórek odpowiednich do inżynierii tkankowej, w tym linie komórkowe, pierwotne komórki gruczołu ślinowego i komórki macierzyste. Komórki te są niezbędne do zwiększenia przeżycia, różnicowania i wszczepienia komórek ślinowych.
Profesor Sharfstein wyjaśnił: „Nasze badanie zagłębia się w wpływ zwłóknienia i starzenia się komórkowego na patologie gruczołu ślinowego i ocenia innowacyjne strategie inżynieryjne w celu poprawy unaczynienia, unerwienia i wszczepienia zaprojektowanej tkanki gruczołu ślinowego”. Przegląd podkreśla potencjał bioprintingu, mikroprzepływowych hydrożeli, elektroniki siatki i nanocząstek w postępującej regeneracji tkanki gruczołu ślinowego.
W badaniu omówiono również znaczenie zrozumienia mechanizmów molekularnych stojących za rozwojem i funkcją gruczołu ślinowego. Gruczoły ślinowe składają się z trzech głównych rodzajów: przyusznicy, podżuchwowych i podjęzykowych, z których każde wytwarzają różne składniki śliny. Skoordynowane wysiłki wielu typów komórek, w tym komórek Acinar, Myoepiteelial, podstawy i przewodowych, mają kluczowe znaczenie dla produkcji śliny.
Profesor Sharfstein zauważył: „Czynniki wzrostu fibroblastów (FGFS) i inne morfogeny odgrywają kluczową rolę w opracowywaniu i rozgałęzionej morfogenezie gruczołów ślinowych. Zrozumienie tych wskazówek molekularnych jest niezbędne do tworzenia skutecznych strategii inżynierii tkanek”.
Przegląd podkreśla wyzwania związane z zwłóknieniem i starzeniem się komórkowym w patologii gruczołu ślinowego. Warunki takie jak zespół Sjögrena i uszkodzenie wywołane promieniowaniem prowadzą do wzrostu starzejących się komórek i zwłóknienia, co dodatkowo komplikuje proces regeneracji. Naukowcy podkreślają potrzebę wymiany tkanek i tworzenia środowiska tkanki gospodarza sprzyjającej rewitalizacji.
Profesor Sharfstein stwierdził: „starzejące się komórki wytwarzają wydzielane czynniki, które mogą doprowadzić sąsiednie komórki do starzenia, tworząc cykl, który utrudnia regenerację tkanki. Nasz przegląd sugeruje strategie łagodzące lub odwrócenia tych efektów, co jest kluczowe dla pomyślnego bioinżynierii gruczołu ślinowego”.
Podsumowując, profesor Susan Sharfstein i jej koledzy podkreślają potencjał medycyny regeneracyjnej i inżynierii tkankowej w zapewnianiu bardziej skutecznych leczenia dysfunkcji gruczołu ślinowego. Wykorzystując zaawansowane techniki i głębsze zrozumienie biologii gruczołu ślinowego, te innowacyjne podejścia obiecują poprawę jakości życia milionów osób cierpiących na kserostomię i powiązane warunki.
Referencje dziennika
Rose, Stephen C., profesor Melinda Larsen, dr Yubing Xie i profesor Susan T. Sharfstein. „Bioinżynieria gruczołu ślinowego”. Bioinżynieria, 11 (2024): 28. DOI: https://doi.org/10.3390/bioengineering11010028
O autorach
Profesor Susan T. Sharfstein jest wiodącym akademickim w College of Nanoscale Science & Engineering na University w Albany (SUNY). Posiada doktorat z inżynierii chemicznej (UC Berkeley, 1993) i BS z wyróżnieniem w inżynierii chemicznej (Caltech, 1987). Jej badania koncentrują się na optymalizacji systemów komórek ssaków – szczególnie koncentrując się na produkcji białka i węglowodanów – w kontekstach produkowania biomanizacji, w tym zastosowanie narzędzi OMICS do zwiększenia produkcji heparyny i przeciwciał monoklonalnych w komórkach CHO. Otrzymała godne uwagi uznanie, takie jak nagroda kanclerza SUNY w 2023 r. Za doskonałość w stypendium i wiele stypendiów. Jej laboratorium niedawno zabezpieczyło grant NSF SBIR na wsparcie odkrywania narkotyków napędzanych przez AI.
Stephen Christopher Rose jest badaczem powiązanym z Laboratorium Sharfstein na uniwersytecie w Albany. Jego praca podkreśla postępowanie Healthspan poprzez bioinżynierię i nanotechnologię. Opracowuje innowacyjne modele 3D in vitro do badania zwłóknienia i starzenia się komórkowego, działając szeroko w hodowli ssaków komórek macierzystych i technologii bioreaktora.
Profesor Melinda Larsen to Williams-Raycheff obdarzony profesorem na Wydziale Nauk Biologicznych na Uniwersytecie w Albany (SUNY). Jej badania bada mechanizmy komórkowe i molekularne leżące u podstaw rozgałęzionej morfogenezy, szczególnie w rozwoju gruczołu ślinowego, w celu zastosowania tej wiedzy do regeneracji i naprawy tkanek. Jej praca dotyczy interakcji nabłonkowych -mezenchymalnych, sygnalizacji macierzy pozakomórkowej oraz inżynierii podejść medycyny regeneracyjnej do hipofunkcji śliny. Niedawno została również wprowadzona jako członek American Institute for Medical and Biological Engineering.
Dr Yubing Xie jest profesorem w College of Nanoscale Science & Engineering na uniwersytecie w Albany (SUNY) oraz dyrektorem Centrum Regeneracji Tkanek Funkcjonalnych i Integratywnych. Ukończyła BS w dziedzinie inżynierii chemicznej na Dalian University of Technology oraz doktorat z inżynierii chemicznej w Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, a następnie szkolenie podoktoranckie w biologii komórek macierzystych i inżynierii tkanek na Ohio State University. Jej wiedza na temat nanobiotechnologii, bioinżynierii, terapii komórek macierzystych, inżynierii tkankowej i medycyny regeneracyjnej. W 2025 r. Została wprowadzona do Aimbe College of Fellows – jednym z najwyższych wyróżnień w inżynierii biomedycznej.
