Modelowa siatkówka z in vitro

Badania nad rozwojem ludzkich narządów można przeprowadzać na organach stworzonych w probówce.

Publikacja: 15.10.2018 18:19

Receptory pozwalające widzieć kolor zielony i czerwony kształtują się jako ostatnie

Receptory pozwalające widzieć kolor zielony i czerwony kształtują się jako ostatnie

Foto: shutterstock

Biolodzy z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa w Baltimore stworzyli od zera ludzką siatkówkę, aby określić, w jaki sposób powstają komórki pozwalające widzieć świat w wielu barwach.

Wyniki prac, opublikowane w czasopiśmie „Science", stanowią podstawę do opracowania terapii chorób oczu, takich jak daltonizm i zwyrodnienie plamki żółtej.

Organ z probówki

Fascynujący jest fakt, że polem badania rozwoju człowieka na poziomie komórkowym były stworzone przez laboratorium organoidy. Są one zminiaturyzowaną i uproszczoną, ale trójwymiarową wersją ludzkiego narządu. Produkowane in vitro, pochodzą z jednej lub kilku komórek danej tkanki, zarodkowych lub indukowanych pluripotencjalnych (przeważnie pobranych z ciała osoby dorosłej) komórek macierzystych. Są zdolne do odtworzenia specyficznych funkcji narządu, takich jak skurcz, aktywność nerwowa, wydzielanie hormonalne, filtracja i wydalanie.

Komórki organoidów są pogrupowane i rozmieszczone przestrzennie, podobnie jak w naturalnym organie. Powstały jako narzędzie do badania podstawowych procesów biologicznych, takich jak komunikacja w obrębie organów, ich interakcje z otoczeniem.

Kultura in vitro czyni ten system łatwym do manipulowania i ułatwia jego monitorowanie. Pełne narządy byłyby trudne do wyhodowania, ponieważ ich wielkość ogranicza przenikanie do wewnątrz składników odżywczych. Niewielki rozmiar organoidów eliminuje ten problem. Z drugiej strony nie wykazują one wszystkich cech narządowych, a przecież interakcje z innymi organami nie są możliwe do odtworzenia in vitro.

Organoidy w znacznym stopniu przyczyniły się do poszerzenia naszego zrozumienia tworzenia się tkanek i biologii rozwojowej, na przykład ośrodkowego układu nerwowego, do zrozumienia sił fizycznych, które leżą u podstaw powstawania siatkówki. Są również wykorzystywane do badania przepływu substancji – pobierania składników odżywczych, transportu leków i wydzielania hormonów metabolicznych. Ma to wielkie znaczenie w kontekście chorób związanych ze złym wchłanianiem i schorzeń takich jak otyłość, insulinooporność i cukrzyca.

– To, co badamy, wygląda jak normalnie rozwijające się oko, rosnące w naczyniu – mówi prof. Robert Johnston, biolog rozwojowy w Johns Hopkins. – Mamy model, którym możemy manipulować bez bezpośredniej ingerencji w ludzki organizm.

Laboratorium Johnstona bada, w jaki sposób tworzy się tkanka, co dzieje się w łonie matki, gdy rozwijająca się komórka przekształca się w specyficzny organ. To aspekt ludzkiej biologii, który jest w dużej mierze nieznany.

Świat w trzech barwach

Johnston i jego zespół skupili się na komórkach, które pozwalają ludziom zobaczyć kolor niebieski, czerwony i zielony – są to trzy fotoreceptory w kształcie stożka znajdujące się w ludzkim oku.

Większość badań nad wzrokiem wykonuje się na myszach i rybach, ale żaden z tych gatunków nie ma umiejętności widzenia w kolorze tak, jak człowiek. Stąd tak ważne było zastosowanie ludzkich komórek macierzystych.

Gdy rosły one w laboratorium i stały się pełnowymiarowymi siatkówkami, zespół odkrył, że komórki wykrywające barwę niebieską zmaterializowały się jako pierwsze, dopiero później przyszedł czas na rozpoznające kolor czerwony i zielony. W obu przypadkach okazało się, że kluczem do zmiany molekularnej był hormon tarczycy. Co ważne, jego poziom był kontrolowany w całości przez samo oko, a nie przez tarczycę, której oczywiście nie było w naczyniu.

Dzięki zrozumieniu, w jaki sposób pewna ilość hormonu tarczycy wpływa na ten rodzaj komórek, zespół był w stanie manipulować wynikiem, tworząc siatkówki, które gdyby były częścią kompletnego ludzkiego oka, zobaczyłyby tylko kolor niebieski, i takie, które mogłyby ujrzeć wyłącznie zieloną i czerwoną barwę.

Odkrycie roli hormonu tarczycy w procesie rozwoju siatkówki daje wgląd w to, dlaczego u wcześniaków częściej występują zaburzenia widzenia, ponieważ po odłączeniu się od matczynych zapasów spada u nich poziom hormonów tarczycy. – Jeśli potrafimy odpowiedzieć na pytanie, co prowadzi komórkę do jej formy docelowej, jesteśmy bliżej możliwości przywrócenia widzenia kolorów osobom, których receptory zostały uszkodzone – powiedziała autorka badania Kiara Eldred.

Naukowcy chcą w przyszłości używać organoidów do szerszych badań na temat postrzegania kolorów, a także żółtej plamki, której zwyrodnienie jest jedną z głównych przyczyn ślepoty u ludzi.

– Ekscytujące jest zastosowanie ludzkich organoidów jako systemu do badania mechanizmów rozwoju człowieka – mówi prof. Robert Johnston. – Organoidy potrzebują dziewięciu miesięcy do rozwoju, jak ludzkie dziecko. Więc to, co naprawdę badamy, to rozwój płodu. ©?

Biolodzy z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa w Baltimore stworzyli od zera ludzką siatkówkę, aby określić, w jaki sposób powstają komórki pozwalające widzieć świat w wielu barwach.

Wyniki prac, opublikowane w czasopiśmie „Science", stanowią podstawę do opracowania terapii chorób oczu, takich jak daltonizm i zwyrodnienie plamki żółtej.

Pozostało 93% artykułu
2 / 3
artykułów
Czytaj dalej. Subskrybuj
Wydarzenia
RZECZo...: powiedzieli nam
Wydarzenia
Nie mogłem uwierzyć w to, co widzę
Wydarzenia
Polscy eksporterzy podbijają kolejne rynki. Przedsiębiorco, skorzystaj ze wsparcia w ekspansji zagranicznej!
Materiał Promocyjny
Jakie możliwości rozwoju ma Twój biznes za granicą? Poznaj krajowe programy, które wspierają rodzime marki
Materiał Promocyjny
Jak kupić oszczędnościowe obligacje skarbowe? Sposobów jest kilka
Wydarzenia
Żurek, bigos, gęś czy kaczka – w lokalach w całym kraju rusza Tydzień Kuchni Polskiej