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. ©?

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
Wydarzenia
Żurek, bigos, gęś czy kaczka – w lokalach w całym kraju rusza Tydzień Kuchni Polskiej
Materiał Promocyjny
Dzięki akcesji PKB Polski się podwoił