Lab-Grown Human Retinas ujawniają klucze do Color Vision

W laboratorium na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa małe kawałki ludzkich oczu rosną w naczyniu. Podczas gdy rosnące gałki oczne same w sobie są cudem technicznym, stworzenie to ma złożony cel. W nowym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Nauka naukowcy stworzyli te organoidy, aby zrozumieć, dlaczego możemy zobaczyć kolor i nauczyć się pomagać ludziom, którzy tego nie potrafią.

Gdy ktoś myśli o oku, prawdopodobnie myśli o pełnej, bulwiastej formie - soczewce, tęczówce; ciało szkliste. Te organoidy siatkówki nie są takie. Technicznie rzecz biorąc, są to siatkówki wyhodowane z ludzkich komórek macierzystych - globusy białej tkanki, która oplata tylną część oka.

W opublikowanym w czwartek badaniu, absolwentka Johns Hopkins University Kiara Eldred i jej zespół ujawniają, dlaczego te siatkówki są tak ważne. Ludzie mają trzy typy komórek wykrywających kolory, fotoreceptory w kształcie stożka, które wyczuwają światło czerwone, zielone lub niebieskie. Ale mechanizmy leżące u podstaw tego zjawiska nie zostały w pełni zrozumiane. Zespół odkrył, że najpierw rozwijają się niebieskie komórki, a potem czerwone i zielone. Poznanie czasu tych formacji komórkowych było nowym odkryciem - i miało sens, biorąc pod uwagę, że my i inne naczelne mają coś, co nazywa się trójchromatycznym widzeniem kolorów.

„Jako naukowiec myślę, że musisz mieć pasję do tego, co robisz i do swojego organizmu” - mówi Eldred, twórca organoidów. Odwrotność. „Opiekowałem się organoidami każdego dnia na początku, a potem co drugi dzień, kiedy dorastali. W laboratorium moi współautorzy i ja wszyscy nazywamy ich jako nasze dzieci, ponieważ musimy dbać o nie przez cały czas. ”

„Większość ssaków widzi tylko dwa spektrum kolorów - widzą tylko niebieski i zielony”, wyjaśnia Eldred. „Widzimy niebieski, zielony i czerwony. Ze względu na widzenie kolorów jesteśmy w stanie uzyskać wiele bogatych informacji o otaczającym nas świecie. ”

Spekuluje się, że naczelne, takie jak szympansy i ludzie, mogą widzieć czerwone, ponieważ zdolność ta umożliwiła wczesnym homininom dojrzewanie owoców wśród zielonych liści. Tymczasem inne ssaki, takie jak psy i koty, widzą mniej i słabsze kolory.

Tajemnica była również świadomość, że coś wywołuje moment wzrostu komórek niebieskich, czerwonych i zielonych: Jaki mechanizm spowodował powstanie tych trzech typów komórek stożkowych? Aby dowiedzieć się, po skierowaniu komórek macierzystych, by stały się tkanką siatkówki - proces, w którym czasami naukowcy tworzą tkankę mózgową, a także tkankę siatkówki, ponieważ w końcu fotoreceptory są technicznie neuronami - naukowcy zaczęli testować zestaw geny zaangażowane w funkcjonowanie hormonu tarczycy, który bierze udział we wzroście i różnicowaniu komórek.

Poprzednie prace dotyczące myszy, ryb i wzroku z kurczaka sugerowały, że gdy funkcja hormonów tarczycy jest niska, pojawiają się niebieskie komórki, a gdy jest wysoka, pojawiają się czerwone i zielone komórki.Okazało się to prawdą: za pomocą CRISPR naukowcy znokautowali receptor hormonu tarczycy i stworzyli organoidy siatkówki z tylko niebieskimi komórkami. Kiedy dodali hormon, wytworzyli organoidy z czerwonymi i zielonymi komórkami.

Działo się tak, mimo że gruczoł tarczowy w ogóle nie był zaangażowany - jedynymi przedmiotami w naczyniu były organoidy siatkówki. Po zbadaniu, które geny włączono lub wyłączono w ciągu roku rozwoju organoidów, odkryli, że ich hipoteza była prawidłowa: geny, które degradują hormon tarczycy, były na wczesnym etapie tworzenia niebieskich komórek, a geny, które aktywują hormon tarczycy, działały później, aby stworzyć czerwone i zielone komórki.

Zasadniczo naukowcy powodowali, że organoidy stawały się ślepe na różne sposoby. Sugeruje to, że badania te mogą być przydatne w opracowywaniu zabiegów terapeutycznych, aby pomóc osobom niewidomym lub cierpiącym na zwyrodnienie plamki żółtej, chorobę oczu powodującą utratę wzroku. Obecnie naukowcy pomagają w zwyrodnieniu plamki żółtej, wstrzykując komórki macierzyste do siatkówki, które mają pewien rodzaj zwyrodnienia. Jednak skuteczność tego procesu była nieprzewidywalna. Celem jest teraz to, że dzięki kierowaniu ścieżką różnicowania komórek stożkowych naukowcy mogą dowiedzieć się, w jaki sposób mogą wykorzystywać komórki w celach terapeutycznych.

„Mamy nadzieję, że dzięki naszym badaniom będziemy mogli dostarczyć innym badaczom informacji na temat sposobu tworzenia komórek stożkowych” - mówi Eldred. „W przyszłych eksperymentach możemy prawdopodobnie wziąć te komórki, wstrzyknąć je, a więcej z nich stanie się fotoreceptorami, które rzeczywiście mogą zapewnić leczenie regeneracyjne. Za każdym razem, gdy widzę, że organoidy idą właściwą ścieżką, są ekscytujące i fascynujące. ”