Lab-Grown Human Retinas Reveal Keys to Color Vision

V laboratoři na univerzitě Johna Hopkinse rostou malé kousky lidských očí v misce. Zatímco rostoucí oční koule je technický zázrak sám o sobě, toto stvoření má smíšený účel. V nové studii publikované v časopise Věda vědci vytvořili tyto organoidy, aby pochopili, proč můžeme vidět barvu a naučit se pomoci lidem, kteří nemohou.

Když člověk přemýšlí o oku, pravděpodobně si myslí, že má plnou cibulovitou formu - čočku, duhovku; sklovitého těla. Tyto organoidy sítnice to tak nejsou. Technicky se jedná o sítnice pěstované z lidských kmenových buněk - koule bílé tkáně, které lemují zadní část oka.

Ve studii, zveřejněné ve čtvrtek, postgraduální student Johns Hopkins University Kiara Eldred a její tým odhalí, proč jsou tyto sítnice tak důležité. Lidé mají tři typy buněk detekujících barvu, fotoreceptory ve tvaru kužele, které vnímají červené, zelené nebo modré světlo. Ale mechanismy, proč to není plně pochopeno. Tým zjistil, že se nejprve vyvíjejí modré buňky, poté červené a zelené. Naučení načasování těchto buněčných formací bylo novým objevem - a mělo smysl, protože my a ostatní primáti mají něco, co se nazývá trichromatické barevné vidění.

„Jako vědec si myslím, že musíte mít vášeň pro to, co děláte, a spojení s vaším organismem,“ říká organoidní tvůrce Eldred Inverzní. „O organoidy jsem se staral každý den na začátku a pak každý druhý den, když byli starší. V laboratoři se na ně moji spoluautoři a já všichni odvoláváme jako na naše děti, protože se o ně musíme neustále starat. “

„Většina savců vidí pouze ve dvou spektrech barev - vidí pouze modrou a zelenou,“ vysvětluje Eldred. „Můžeme vidět modrou, zelenou a červenou. Díky barevnému vidění jsme schopni přijímat spoustu bohatých informací o světě kolem nás. “

To je spekuloval, že primáti jako šimpanzi a lidé mohou vidět červenou, protože schopnost umožnila časným homininům najít zralé ovoce mezi zelenými listy pozadí. Ostatní savci jako psi a kočky vidí méně a slabší barvy.

Uvědomění si, že něco vyvolává načasování růstu modré, červené a zelené buňky, také představovalo záhadu: Jaký mechanismus způsobil vznik těchto tří typů kuželových buněk? Na to, aby se to stalo, po nasměrování kmenových buněk do tkáně sítnice - proces, kdy vědci někdy vytvářejí mozkovou tkáň i tkáň sítnice, protože fotoreceptory jsou technicky neurony - vědci začali testovat soubor geny podílející se na funkci hormonu štítné žlázy, který se podílí na růstu a diferenciaci buněk.

Předchozí práce týkající se vidění myší, ryb a kuřete naznačila, že když je funkce hormonů štítné žlázy nízká, objeví se modré buňky a následují-li vysoké, červené a zelené buňky.To se ukázalo být pravdivé: pomocí CRISPR vědci vyřadili receptor pro hormon štítné žlázy a vytvořili organoidy sítnice pouze s modrými buňkami. Když přidali hormon zpět, vytvořili organoidy pouze s červenými a zelenými buňkami.

Stalo se tak, i když se štítná žláza vůbec netýkala - jedinými předměty v misce byly organoidy sítnice. Poté, co zkoumali, co geny zapnuly ​​nebo vypnuly ​​během roku vývoje organoidů, zjistili, že jejich hypotéza byla správná: Geny, které degradují hormon hormonu štítné žlázy, byly na počátku, aby vytvořily modré buňky, a geny, které aktivují hormon štítné žlázy, později vytvářely červené a zelené buňky.

V podstatě vědci způsobili, že organoidy se staly barevně slepými různými způsoby. To naznačuje, že tento výzkum by mohl být užitečný při vývoji léčebných postupů, které by pomohly lidem, kteří jsou slepí nebo trpí makulární degenerací, což je oční onemocnění, které způsobuje ztrátu zraku. V současné době, co vědci pomáhají s makulární degenerací, jsou injekce kmenových buněk do sítnice, které mají nějaký druh degenerace. Účinnost tohoto procesu však byla nepředvídatelná. Cílem je, aby vědci byli schopni řídit cestu diferenciace kuželových buněk, aby se mohli naučit, jak mohou buňky terapeuticky využívat.

„Doufáme, že s naším výzkumem můžeme ostatním výzkumným pracovníkům poskytnout informace o tom, jak konkrétně vytvořit kuželové buňky,“ říká Eldred. „V budoucích experimentech můžeme tyto buňky vzít, vstříknout a další z nich se stanou fotoreceptory, které mohou skutečně poskytnout regenerační léčbu. Pokaždé, když vidím organoidy jít správnou cestou, je to vzrušující a fascinující. “