Исследователи из Johns Hopkins Medicine сообщают о доказательствах того, что естественная способность рыбок данио регенерировать ткань сетчатки глаз может быть усилена за счет контроля иммунной системы рыб. Поскольку эволюция, вероятно, сохранила этот механизм регенеративного потенциала у других животных, новые открытия могут в один прекрасный день продвинуть усилия по борьбе с дегенеративным поражением глаз у людей.
"На клеточном уровне глаза рыбок данио и человека очень похожи," говорит Джеффри Мамм, доктор философии.D., доцент офтальмологии Медицинского факультета Университета Джона Хопкинса. Фактически, глаза и человека, и рыбок данио содержат мюллерову глию, «индуцибельный» тип стволовых клеток, который придает рыбкам данио их замечательные регенеративные способности.
В отчете об их экспериментах, опубликованном в апреле 2017 года в Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи говорят, что они нашли доказательства того, что микроглия, тип клеток, обнаруженный в большинстве врожденных иммунных систем позвонков, влияет на регенеративный ответ мюллеровой глии и может быть использован. для ускорения роста новой ткани в сетчатке.
Для исследования ученые создали модель дегенеративного заболевания сетчатки у человека, пигментного ретинита, у рыбок данио, включив ген специализированного фермента в палочковидные клетки сетчатки рыб. Фермент обладает новой способностью превращать химическое вещество, метронидазол, в токсин, что позволяет исследователям выборочно уничтожать экспрессирующие его клетки.
После инициирования потери фоторецепторов в сетчатке рыб исследователи наблюдали за реакцией иммунной системы, отслеживая активность трех типов флуоресцентно меченных иммунных клеток в глазу и вокруг него: нейтрофилов, микроглии и периферических макрофагов. Они смогли проследить активность иммунных клеток с помощью покадровой трехмерной микроскопии сетчатки рыб и обнаружили, что нейтрофилы, тип иммунных клеток, которые обычно первыми реагируют на повреждение тканей, в значительной степени не реагируют на смерть фоторецепторов.
Они также заметили, что периферические макрофаги ощущают повреждение, но не могут проникнуть через гемато-ретинальный барьер, чтобы получить доступ к умирающим клеткам. Исследователи обнаружили, что микроглия была единственными клетками, которые могли реагировать на травму и достигать поврежденных клеток.
"Мы могли видеть, что периферические макрофаги хотят что-то сделать, но не могут получить доступ. Нейтрофилы даже не заметили, что что-то произошло, но микроглия оказалась в нужном месте в нужное время," говорит мама.
Основываясь на доказательствах того, что микроглия участвовала во время травмы, исследователи провели тесты на рыбках данио со специализированным ферментом, включенным как в палочковые, так и в микроглиальные клетки, удалив оба типа клеток, чтобы выяснить, какую роль микроглия играет во время регенерации. Они обнаружили, что, когда микроглия также была потеряна, мюллерова глия почти не проявляла регенеративной активности после трех дней восстановления, по сравнению с примерно 75% регенерацией в контрольной популяции.
Затем они использовали противовоспалительный препарат дексаметазон, чтобы посмотреть, могут ли они ускорить регенерацию в ткани сетчатки рыбок данио. Мумм объясняет, что микроглия бывает двух форм – M1, которая связана с воспалением; и M2, что связано с ремонтом. Исследователи полагали, что, заставляя микроглию быстрее переходить из фазы 1 в фазу 2 с помощью препарата, они могут улучшить регенеративные способности рыбок данио.
После использования фермента, который вызвал гибель палочковых клеток у рыб, исследователи добавили в воду противовоспалительный препарат, чтобы снизить реактивность микроглии. Исследователи отметили 30-процентное увеличение регенерации сетчатки на 4-й день восстановления по сравнению с контрольной группой.
Исследователи надеются, что, используя способность улучшать регенерацию у рыбок данио, они смогут лучше понять, как вызвать регенерацию в человеческих глазах, которые имеют многие из тех же механизмов контроля регенеративного потенциала.
"У людей есть эволюционный блок на нашей способности регенерировать определенные ткани," говорит мама. "Но у людей все еще есть генетический аппарат, необходимый для регенерации ткани сетчатки, если мы сможем активировать и контролировать его."
Мумм предупреждает, что его команде удалось флуоресцентно пометить только три типа иммунных клеток. "В этом процессе могут быть другие клетки врожденного иммунитета, которые мы не могли наблюдать," говорит Дэвид Уайт, доктор философии.D., научный сотрудник Медицинской школы Университета Джона Хопкинса. В будущем исследователи надеются улучшить свои методы визуализации, чтобы получить более полное представление о том, как иммунные клетки влияют на процесс регенерации.
Среди других исследователей, участвовавших в этом исследовании, – Сумитра Сенгупта, Мира Саксена, Куигго Сюй и Джастин Хейнс из Медицинской школы Университета Джона Хопкинса, а также Дин Дин и Хонгкай Джу из Университета Джона Хопкинса.
Финансирование этого исследования было предоставлено Национальным институтом глаз (R01EY022810) и Национальным центром развития трансляционных наук (R41TR000945).
На ценность продуктов Luminomics могут повлиять результаты этого исследования. Доктор. Мумм – основатель Luminomics. Также доктор. Супруг мамы, доктор. Мира Саксена, владеет акциями Luminomics. Это соглашение было рассмотрено и одобрено Университетом Джона Хопкинса в соответствии с его политикой в отношении конфликта интересов.