Die Tränendrüsen versorgen unsere Augen mit einer schützenden Flüssigkeitsschicht. Mit jedem Blinzeln verteilt sich die Tränenflüssigkeit auf der Horn- und Bindehaut und bewahrt das Auge vor dem Austrocknen. Zudem transportieren die Tränen Fremdkörper ab und wirken antibakteriell. Verschiedene Krankheiten, darunter das Sjögren-Syndrom, eine schlecht verstandene Autoimmunerkrankung, gehen mit einer Störung der Tränenproduktion oder -sekretion einher. „Das kann schwerwiegende Folgen haben, wie Trockenheit des Auges und sogar Geschwüre auf der Hornhaut“, sagt Rachel Kalmann vom University Medical Center Utrecht in den Niederlanden.
Mini-Tränendrüsen als Modellsystem
Damit solche Erkrankungen in Zukunft besser erforscht werden können, hat sie gemeinsam mit einem Forschungsteam um Marie Bannier-Hélaouët vom Hubrecht Institut in Utrecht ein Modellsystem entwickelt: Aus adulten Stammzellen züchteten die Forscher im Labor menschliche Tränendrüsen im Miniatur-Format. „Mindestens fünf Prozent der erwachsenen Bevölkerung leiden an trockenen Augen, was meist mit einem Defekt der Tränenproduktion durch die Tränendrüse zusammenhängt”, sagt Bannier- Hélaouëts Kollege Yorick Post. „Aber die Behandlungsmöglichkeiten sind begrenzt, weil es kein vollständiges Verständnis der Biologie und kein zuverlässiges, langfristiges In-vitro-Modell zur Untersuchung der Tränendrüse gab.“
Das Modell, das die Forscher nun entwickelt haben, entspricht in Struktur und Funktion dem Gewebe in menschlichen Tränendrüsen. Dazu kultivierten die Forscher die menschlichen Stammzellen in einem speziellen Nährmedium mit Wachstumsfaktoren, die für die richtige Differenzierung der Zellen sorgten. „Die Herausforderung bestand darin, die Organoide zum Weinen zu bringen, da dies ein Kennzeichen der Tränendrüse ist“, sagt Bannier-Hélaouët. „Wir mussten den Cocktail von Faktoren, in dem die Organoide gezüchtet werden, so modifizieren, dass sie zu den reifen Zellen werden, die wir in unseren Tränendrüsen haben und die in der Lage sind zu weinen.“
Weinen in der Laborschale
Wenn wir in Tränen ausbrechen – sei es wegen Schmerzen oder starken Emotionen – reagieren die Tränendrüsen auf bestimmte Botenstoffe wie das Stresshormon Noradrenalin. Auch im Labor konnten die Forscher die Tränendrüsen-Organoide mit Noradrenalin zum Weinen bringen. Da die Organoide keine Tränenkanäle besitzen, schütten sie die Tränen in ihr Inneres aus und schwellen dabei an wie ein Ballon. An der Größe des Organoids können die Forscher somit erkennen, ob das Weinen funktioniert hat. „Weitere Experimente zeigten, dass verschiedene Zellen in der Tränendrüse unterschiedliche Bestandteile der Tränen produzieren. Und diese Zellen reagieren unterschiedlich auf träneninduzierende Reize“, sagt Post.
