Искусственно выращенная сетчатка объясняет развитие цветового зрения

Биологи из Университета Джона Хопкинса (Johns Hopkins University) создали человеческие сетчатки с нуля, чтобы определить, как сформированы клетки, позволяющие людям видеть в цвете. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Цветовое зрение

Результаты научной работы закладывают основу для разработки методов лечения заболеваний глаз, таких как цветная слепота и дегенерация желтого пятна. Ученые также создали лабораторные «органоиды» в качестве модели для изучения человеческого развития на клеточном уровне.

«Все, что мы рассматриваем, выглядит как нормальный развивающийся глаз, просто он растет в лабораторных условиях», — сказал Роберт Джонстон, биолог, сотрудник Университета Джонса Хопкинса. «У вас есть модельная система, с которой вы можете манипулировать, не изучая людей напрямую».

Лаборатория Джонстона исследует, как определяется судьба клетки — или что происходит в матке, чтобы превратить развивающуюся клетку в определенный тип клетки, аспект человеческой биологии, который в значительной степени неизвестен.

Материалы и методы обследования

Джонсон с соавторами исследования сосредоточились на камерах, которые позволяют людям видеть синий, красный и зеленый цвета — три конусных фоторецептора в человеческом глазу.

В то время как большинство исследователей проводят научные работы на мышах и рыб, ни у одного из этих видов нет динамичного дневного и цветного зрения людей. Поэтому соавторы Джонстона создали человеческие глаза, в которых они нуждались — с участием стволовых клеток.

«Трихроматическое цветовое зрение отличает нас от большинства других млекопитающих», — сказал автор исследования Киара Элдрид (Kiara C. Eldred), сотрудник Университета Джонса Хопкинса. «Наши исследования действительно пытаются выяснить, какие пути эти клетки принимают, чтобы дать нам это особое цветное зрение».

Результаты научной работы

В течение нескольких месяцев, когда клетки росли в лаборатории и становились полноценной сетчаткой, ученые выяснили, что сначала были обнаружены сине-детектирующие клетки, а затем красные и зеленые-детектирующие. В обоих случаях они обнаружили, что ключом к молекулярному переключателю был отлив и поток гормона щитовидной железы. Важно отметить, что уровень этого гормона не контролировался щитовидной железой.

Понимая, как количество гормонов щитовидной железы диктует, чтобы клетки стали  синими или красными и зелеными, ученые смогли манипулировать результатом, создав сетчатки, которые, если бы они были частью полноценного человеческого глаза, могли видеть только синий цвет и те, которые могли видеть зеленый и красный цвет.

Обнаружение того, что гормон щитовидной железы имеет важное значение для создания красно-зеленых конусов, дает представление о том, почему недоношенные дети, которые рождаются с пониженным уровнем гормонов щитовидной железы, поскольку у них отсутствует материнское питание, имеют более высокий уровень нарушений зрения.

«Если мы сможем ответить на вопрос о том, что ведет клетку к ее конечной судьбе, мы ближе к возможности восстановить цветное зрение у  людей, которые повредили фоторецепторы», — сказал Элдред.

Эти результаты являются первым шагом. В будущем ученые хотели бы использовать органоиды, чтобы узнать еще больше о цветовом зрении и механизмах, связанных с созданием других областей сетчатки, таких как макула. Поскольку дегенерация желтого пятна является одной из ведущих причин слепоты у людей, понимание того, как вырастить новую макулу, может привести к клиническому лечению.

«Что интересно в этом, наша работа устанавливает человеческие органоиды как модельную систему для изучения механизмов человеческого развития», — сказал Джонстон. «Органоидам требуется девять месяцев, чтобы развиваться так же, как полноценный плод. То, что мы действительно изучаем, это развитие плода».

Авторы другого исследования утверждают, что микрофлора кишечника может вызывать аутоиммунные заболевания глаз.