Исследователи из Джона Хопкинса говорят, что, используя тип человеческих стволовых клеток, они создали в лаборатории трехмерное дополнение ткани сетчатки человека, которое, в частности, включает функционирующие фоторецепторные клетки, способные реагировать на свет, что является первым шагом в процессе преобразования его в визуальные образы.
"По сути, мы создали миниатюрную сетчатку человека в блюде, которое не только имеет архитектурную организацию сетчатки, но и способно воспринимать свет," говорит руководитель исследования M. Валерия Канто-Солер, Ph.D., доцент офтальмологии Медицинского факультета Университета Джона Хопкинса. Она сообщает о работе, опубликованной 10 июня в журнале Nature Communications, "расширяет возможности для исследований по сохранению зрения и может в конечном итоге привести к технологиям, восстанавливающим зрение у людей с заболеваниями сетчатки."
Как и многие процессы в организме, зрение зависит от множества различных типов клеток, работающих согласованно, в данном случае для превращения света в нечто, что мозг может распознать как изображение. Канто-Солер предупреждает, что фоторецепторы – это только часть истории в сложном процессе зрения глаз-мозг, и ее лаборатория еще не воссоздала все функции человеческого глаза и его связи с зрительной корой головного мозга. "Способна ли сетчатка нашей лаборатории генерировать визуальный сигнал, который мозг может интерпретировать в изображение?? Наверное, нет, но это хорошее начало," она говорит.
По словам исследователей, это достижение стало результатом экспериментов с индуцированными человеком плюрипотентными стволовыми клетками (iPS) и может, в конечном итоге, сделать возможным генно-инженерные трансплантаты клеток сетчатки, которые останавливают или даже обращают вспять движение пациента к слепоте.
IPS-клетки – это взрослые клетки, которые генетически перепрограммированы до своего наиболее примитивного состояния. При правильных обстоятельствах они могут развиться в большинство или все 200 типов клеток человеческого тела. В этом случае команда Джона Хопкинса превратила их в клетки-предшественники сетчатки, предназначенные для формирования светочувствительной ткани сетчатки, которая выстилает заднюю часть глаза.
Используя простую и понятную технику, которую они разработали для стимулирования роста предшественников сетчатки, Канто-Солер и ее команда увидели клетки сетчатки, а затем рост ткани в их чашках Петри, – говорит Сюфэн Чжун, доктор философии.D., научный сотрудник лаборатории Канто-Солера. По ее словам, рост соответствовал по времени и продолжительности развитию сетчатки у человеческого плода в утробе матери. Более того, фоторецепторы были достаточно зрелыми, чтобы развить внешние сегменты, структуру, необходимую для функционирования фоторецепторов.
Ткань сетчатки сложна и состоит из семи основных типов клеток, включая шесть типов нейронов, которые организованы в определенные клеточные слои, поглощающие и обрабатывающие свет, "видеть," и передавать эти визуальные сигналы в мозг для интерпретации. Выращенные в лаборатории сетчатки воссоздают трехмерную архитектуру сетчатки глаза человека. "Мы знали, что трехмерная клеточная структура необходима, если мы хотим воспроизвести функциональные характеристики сетчатки," говорит Канто-Солер, "но когда мы начали эту работу, мы не думали, что стволовые клетки смогут создать сетчатку почти самостоятельно. В нашей системе каким-то образом клетки знали, что делать."
Когда ткань сетчатки находилась на стадии, эквивалентной 28 неделям развития в утробе матери, с достаточно зрелыми фоторецепторами, исследователи протестировали эти мини-сетчатки, чтобы увидеть, действительно ли фоторецепторы могут воспринимать и преобразовывать свет в визуальные сигналы.
Они сделали это, поместив электрод в единственную фоторецепторную ячейку, а затем подав импульс света на ячейку, которая отреагировала по биохимическому образцу, аналогичному поведению фоторецепторов у людей, подвергшихся воздействию света.
В частности, по ее словам, выращенные в лаборатории фоторецепторы реагировали на свет так же, как и стержни сетчатки. Сетчатка человека содержит два основных типа фоторецепторных клеток, называемых палочками и колбочками. Подавляющее большинство фоторецепторов у человека представляют собой стержни, которые обеспечивают зрение при слабом освещении. В сетчатке, выращенной командой Джона Хопкинса, также преобладали стержни.
Канто-Солер говорит, что недавно разработанная система дает им возможность генерировать сотни мини-сетчаток одновременно непосредственно от человека, страдающего определенным заболеванием сетчатки, таким как пигментный ретинит. Это обеспечивает уникальную биологическую систему для изучения причин заболеваний сетчатки непосредственно в тканях человека, а не на животных моделях.
Система, по ее словам, также открывает ряд возможностей для персонализированной медицины, таких как тестирование лекарств для лечения этих заболеваний индивидуально для каждого пациента. В долгосрочной перспективе есть возможность заменить больную или мертвую ткань сетчатки выращенным в лаборатории материалом для восстановления зрения.