L'œil, comme la plupart des organes, a un système de plomberie complexe. La pression se construit lorsque le drainage est altéré, et cette condition – glaucome – peut entraîner une perte de vision irréversible. Certains médicaments oculaires anti-inflammatoires populaires qui contiennent des stéroïdes peuvent dans certains cas aggraver le problème, bien que les scientifiques aient perdu pourquoi.
Maintenant, les chercheurs de Cornell ont identifié le mécanisme de signalisation qui déclenche un glaucome induit par des stéroïdes en créant une plate-forme 3D « Eye-on-Chip » qui imite l'écoulement des fluides oculaires.
Les résultats ont été publiés le 27 août Recherche cardiovasculaire de la nature. L'auteur principal est Renhao Lu, Ph.D. '24.
Le glaucome induit par les stéroïdes est un défi clinique majeur. Il n'y a pas de thérapie ciblée. Nous disons simplement que vous n'êtes pas chanceux. Il y a un besoin clair et non satisfait de mieux comprendre et empêcher, cet effet secondaire majeur du stéroïde dans les cliniques. «
Esak (Isaac) Lee, auteur principal, Professeur adjoint de génie biomédical à Cornell Engineering
Le glaucome est généralement étudié dans des modèles animaux et des cultures de cellules 2D simples, mais ces approches échouent souvent à capturer la complexité et la réactivité anatomiques de l'œil humain.
La solution de Lee's Lab, qui étudie les systèmes lymphatiques dans différents types d'organes, a été de créer des modèles 3D in vitro qui peuvent reproduire les structures en couches des systèmes tout en isolant des facteurs biologiques et biophysiques, le tout de manière hautement reproductible et contrôlée. Lee avait précédemment conçu un tel dispositif qui a révélé une protéine qui brouille le drainage nécessaire dans les vaisseaux lymphatiques de la peau humaine, provoquant un gonflement douloureux connu sous le nom de lymphœdème.
Les vaisseaux lymphatiques de l'œil sont responsables du vidange de l'humour aqueux, un liquide clair et semblable à l'eau qui fournit de l'oxygène et des nutriments mais, lorsqu'il n'est pas éliminé, peut provoquer une pression intraoculaire (PIO) pour construire, dommageant les neurones dans la rétine qui sont essentiels pour transmettre des signaux légers au cerveau.
L'équipe de Lee a réalisé que les lymphatiques dans les yeux, connues sous le nom de cellules du canal de Schlemm (SC), sont très différentes de celles de la peau, des poumons et d'autres organes. Ceux-ci sont entourés d'un autre type de cellule: le maillage trabéculaire (TM). Ce n'est qu'avec les deux couches cellulaires en conjonction que le système lymphatique peut rincer l'humour aqueux surproduit dans la circulation sanguine.
L'équipe a construit un dispositif in vitro 3D, connu sous le nom de système microphysiologique (MPS), avec une double couche de cellules TM et SC, avec une courbure qui imitait la structure du conduit des vaisseaux lymphatiques dans l'œil. Les chercheurs ont traité le « Eye-on-A-Chip » avec la dexaméthasone stéroïde anti-inflammatoire, qui a considérablement altéré le drainage.
Cela a permis aux chercheurs d'identifier le coupable: un récepteur clé dans les cellules TM, ALK5, a répondu au stéroïde en régulant à la baisse une protéine, le facteur de croissance endothélial vasculaire C (VEGFC), qui retire normalement les jonctions endothéliales dans les cellules SC, permettant au fluide de passer par la paroi endothéliale. Mais cette fonction a été perturbée par la signalisation ALK5 / VEGFC.
« Cette communication provoque l'anomalie de la jonction du canal du Schlemm », a déclaré Lee. « Les jonctions deviennent vraiment épaissies ou resserrées sous le stéroïde, et ce changement de jonction a augmenté la résistance de l'écoulement, provoquant ce glaucome. »
Les chercheurs ont confirmé le rôle du mécanisme dans un modèle de souris. La découverte ouvre deux chemins pour traiter le glaucome: bloquer la fonction ALK5; ou fournir du VEGFC supplémentaire à l'œil avec le traitement des stéroïdes.
« Nous visons maintenant à étudier d'autres cibles. Il y a des gènes que les gens savent que sont importants pour le glaucome, pas seulement induits par des stéroïdes, et nous pourrions les éliminer dans ces deux types de cellules », a déclaré Lee. « Il est compliqué et difficile de cibler un type de cellule dans des modèles animaux conventionnels, mais dans ce système, nous pourrions effectuer toute modification génétique de ces deux types de cellules séparément, puis les combiner dans l'appareil pour mieux comprendre ces différents mécanismes et différents types de glaucome. »
Les co-auteurs comprennent la chercheuse postdoctorale Anna Kolarzyk, Ph.D. '25, et W. Daniel Stamer, professeur d'ophtalmologie à l'Université Duke.
Les chercheurs ont utilisé le centre de sciences et de technologies nanométriques de Cornell et ont été soutenus par les National Institutes of Health et la BrightFocus Foundation.
