Биологи из Университета Джонса Хопкинса вырастили в чашке Петри ткань сетчатки глаза человека. Учёные хотели понять, как устроены клетки, позволяющие людям видеть окружающий мир в цвете.
По мнению авторов работы, исследование может заложить основу для разработок новых способов лечения глазных заболеваний, таких как дальтонизм и дегенерация жёлтого пятна.
Специалисты лаборатории биолога Роберта Джонстона (Robert Johnston), автора недавнего исследования, изучают, как определяется судьба клетки в ходе развития организма. В частности, их интересуют процессы, происходящие в утробе матери, которые позволяют развивающейся стволовой клетке превращаться в клетку с определённой функцией.
На этот раз учёные сосредоточились на развитии клеток, позволяющих людям видеть синий, красный и зелёный цвета (напомним, что это три вида колбочек, фоторецепторов человеческих глаз).
Не секрет, что зачастую исследователи изучают зрение модельных организмов — мышей и рыб. При этом ни один из исследуемых видов не имеет такого же цветового зрения, как у человека, что затрудняет проведение многих работ. По этой причине биологи из США решили создать ткани человеческого глаза из стволовых клеток. С их помощью можно было бы изучить механизмы, лежащие в основе способности глаз видеть различные цвета.
«Трихроматическое (трёхрецепторное) цветовое зрение отличает нас [людей] от большинства других млекопитающих, — говорит ведущий автор работы Кьяра Элдред (Kiara Eldred). — В нашем исследовании мы попытались выяснить, какие [генетические] пути эти клетки используют, чтобы дать нам особое цветовое зрение».
Учёные вырастили сетчатку из стволовых клеток человека. В процессе работы учёные обнаружили, что сначала «встали на ноги» клетки, позволяющие обнаруживать синий цвет, а следом за ними – клетки, помогающие распознавать красный и зелёный цвета.
Поясним, что три вида колбочек отличаются по чувствительности к свету с различными длинами волн: колбочки S-типа чувствительны в фиолетово-синей области, M-типа — в зелёно-жёлтой и L-типа — в жёлто-красной части спектра.
Как рапортуют учёные, стволовые клетки начали превращаться в «синие» колбочки S-типа между 11 и 34 неделями эксперимента (всего на выращивание колбочек ушло прошло примерно 36 недель).
Как оказалось, ключом к молекулярному переключению клеток стали гормоны щитовидной железы, особенно трийодтиронин.
Важно отметить, что щитовидная железа, которой, конечно, не было в чашке Петри, не могла контролировать уровень этого гормона в ходе данного исследования. Этим процессом занималась сама ткань глаза. Добавление трийодтиронина в питательную среду с клетками при определённых условиях запускало процесс специализации клеток.
Биологи выяснили, как гормон щитовидной железы управляет превращением клеток в определённые рецепторы. Например, избыток или отсутствие трийодтиронина влияло на развитие в M- и L-клеток.
Эти знания помогли учёным создать сетчатку, которая, будь она частью полноценного глаза человека, позволяла бы ему видеть лишь синий цвет или только зелёный и красный.
Исследователи особо отмечают важность открытия роли гормона в процессе создания определённых колбочек. Оно позволяет по-новому взглянуть на то, почему у недоношенных младенцев, имеющих пониженный уровень этого гормона, часто возникают проблемы со зрением.
«Если мы сможем ответить на вопрос, что именно приводит клетку к её конечной судьбе, мы станем ближе к восстановлению цветового зрения людей, фоторецепторы которых повреждены», — добавляет Элдред.
В будущем учёные хотят использовать полученные органоиды (так называют органы, выращенные в искусственных условиях), чтобы ещё больше узнать о цветовом зрении и природных механизмах, участвующих в создании других областей сетчатки, – жёлтого пятна, например.
Поскольку дегенерация жёлтого пятна является одной из ведущих причин слепоты у людей, понимание того, как вырастить новое жёлтое пятно, может привести к созданию способов лечения этого распространённого недуга.
«Всё, что мы исследуем [в органоиде сетчатки] выглядит как нормальный развивающийся глаз, просто выращенный в чашке Петри. У вас есть модельная система, которой вы можете манипулировать, не изучая людей напрямую», — отмечает Джонстон.
Результаты исследования представлены в научном издании Science.
Добавим, что учёные не впервые выращивают в лаборатории различные ткани человека, дабы получше изучить их развитие и найти способы лечения опасных заболеваний. Так, исследователи уже вырастили человеческие яйцеклетки, влагалище, сокращающиеся мышцы и ткань кишечника.
Автор: Евгения Ефимова