Сетчатка глаза выращена в чашке Петри

19.04.201126880
Сетчатая оболочка глаза, созданная японскими учеными в лабораторных условиях, станет основой для разработки новых методов лечения заболеваний органа зрения у человека, включая лечение некоторых форм слепоты.

Ученые утверждают, что трехмерная «искусственная сетчатка в чашке Петри», созданная путем кропотливой работы с эмбриональными стволовыми клетками, - самая сложная биологическая ткань, которую когда-либо получали биоинженеры.

«Созданная нами сетчатая оболочка глаза не имеет аналогов. Когда я получил рукопись статьи, я был действительно потрясен. Я никогда не думал, что доживу до того дня, когда в чашке Петри будет воспроизведено развитие органа», - утверждает специалист в области молекулярной генетики человека из Института Офтальмологии в Лондоне (Institute of Ophthalmology) Робин Али (Robin Ali).

Если методика, недавно опубликованная в журнале Nature[1], может быть адаптирована к клеткам человека и будет доказана ее безопасность при трансплантации (что может потребовать многих лет исследований), то она позволит получить неограниченное количество ткани для замещения поврежденной сетчатки. Но в ближайшее время искусственная сетчатка поможет ученым в изучении болезней глаз и создании новых методов лечения.

«Это исследование может послужить руководством для ученых при воссоздании других органов и систем. Я думаю, его результаты предвосхищают большое открытие, которое скоро будет сделано: эмбриональные стволовые клетки несут в себе генетическую программу, которая позволяет им организовываться в сложные структуры», - считает один из авторов исследования, биолог стволовых клеток из Глэдстонского Института Сердечнососудистых Заболеваний (Gladstone Institute of Cardiovascular Disease) Брюс Конклин (Bruce Conklin).


Сетчатка глаза, выращенная в чашке Петри (Фото: M. Eiraku и Y.Sasai).

«Результаты предыдущих исследований показали, что под воздействием нужных молекулярных сигналов стволовые клетки могут образовать ткани глаза», - говорит Али.

В эмбрион лягушки достаточно ввести «коктейль» из определенных генов, чтобы на различных его частях образовались глаза [2]. Эмбриональные стволовые клетки в чашке Петри способны образовать пигментные клетки, поддерживающие сетчатую оболочку, пласты клеток, напоминающие хрусталик, и светочувствительные клетки сетчатки глаза [3]. Однако Йошики Сазай (Yoshiki Sasai) и его команда из Центра Биологии Развития RIKEN в Кобе (RIKEN Center for Developmental Biology) создали глаз, имеющий более сложную структуру.

Глазной бокал – это орган, имеющий форму бокала, суженного кверху. Он покрыт двумя слоями клеток с разными структурой и функциями. Наружная оболочка глаза прилежит к головному мозгу и образована пигментными клетками сетчатки, которые имеют две основные функции – питательную и поддерживающую. Внутренняя оболочка глаза представляет собой саму сетчатку, содержащую несколько типов светочувствительных нейронов, ганглионарные клетки, проводящие информацию о свете к клеткам головного мозга, и поддерживающие глиальные клетки.

Для того, чтобы получить орган в чашке Петри, Сазай и его исследовательская группа выращивали эмбриональные стволовые клетки мыши в специальном питательном растворе, содержащем ростовые факторы, способствовавшие превращению стволовых клеток в клетки сетчатой оболочки глаза. Команда ученых также применяла белковый гель для создания трехмерной опоры для клеток.

Сначала стволовые клетки образовали сферы, состоящие из клеток сетчатки глаза на ранней стадии развития. В течение недели сферы выросли и начали образовывать структуру, похожую на одну из ранних стадий развития глаза, называемую оптическим пузырьком. Подобно тому, как этот процесс происходит у эмбриона, оптический пузырек, созданный в лабораторных условиях, в течение двух дней сложился таким образом, чтобы сформировать оптический бокал, имеющий характерную форму и покрытый двойным слоем клеток определенных типов.

«Несмотря на то, что искусственные оптические бокалы выглядят и развиваются так же, как настоящие, могут быть различия между процессами, происходящими в искусственной и естественной сетчатке», - утверждает Али.

Команда ученых под руководством Йошики Сазая еще не проверила, способны ли искусственные оптические бокалы чувствовать свет и передавать импульсы в клетки головного мозга мыши. «Именно это мы сейчас и пытаемся выяснить», - говорит Али. Результаты предыдущих исследований показали, что сетчатые оболочки эмбрионов возможно пересадить взрослым грызунам [4], поэтому Сазай надеется на успех разрабатываемой методики.

Сазай, Али и другие специалисты рассчитывают на то, что сетчатка человека, развитие которой напоминает развитие сетчатки мыши, может также быть создана в лабораторных условиях.

«Регенеративная медицина выйдет за пределы использования мышиных клеток. Ученые должны создать сетчатую оболочку глаза человека из эмбриональных стволовых клеток человека, и исследования в этом направлении уже ведутся», - говорит Сазай.

Искусственная сетчатка глаза человека может стать источником клеток для лечения таких заболеваний, как, например, пигментный ретинит. При этом заболевании светочувствительные клетки сетчатки постепенно атрофируются, что приводит к слепоте. В 2006 г. группа ученых под руководством Али обнаружила, что клетки сетчатки, полученные от новорожденной мыши, нормально функционируют при трансплантации взрослой мыши [5]. «Искусственная сетчатка является более привлекательным, более практичным источником клеток для трансплантации», - объясняет Али.

«Трансплантация полноценных клеточных слоев оболочек глаза, а не отдельных типов клеток сетчатки, поможет людям, страдающим от распространенных заболеваний сетчатки. Однако вылечить больных такими заболеваниями, как, например, поздняя стадия глаукомы, при которой повреждены соединения между сетчаткой и головным мозгом, будет намного сложнее», - считает специалист в области биологии стволовых клеток из Университета Висконсина (University of Wisconsin) Дэвид Гэмм (David Gamm).

«Когда и какие именно методы лечения станут доступны для больных – предсказать невозможно. Однако в ближайшей перспективе искусственная сетчатка будет полезна при расшифровке молекулярных дефектов, обуславливающих патологию органа зрения, а также при поиске методов лечения больных этими заболеваниями», - говорит Сазай.

«Сетчатки, полученные из репрограммированных стволовых клеток пациентов, страдающих заболеваниями глаза, можно, например, использовать при скрининге лекарственных препаратов или тестировании методов генной терапии», - считает Али.

«Применение результатов этого исследования выходит за рамки лечения больных болезнями органа зрения и моделирования заболеваний глаза», - утверждает главный научный сотрудник биотехнологической компании Advanced Cell Technology Роберт Ланца (Robert Lanza). Результаты исследования показывают, что эмбриональные стволовые клетки под воздействием определенных физических и химических факторов образовывать различные сложные ткани.

«Стволовые клетки очень умные. То, что мы видим, – только верхушка айсберга. Надеюсь, что это – начало нового и очень важного этапа исследований стволовых клеток», - заключает Роберт Ланца.

По материалам:
NatureNews

Литература:
1. Eiraku, M. et al. Nature 472, 51-56 (2011).
2. Zuber, M. E., Gestri, G., Viczian, A. S., Barsacchi, G. & Harris, W. A. Development 130, 5155-5167 (2003).
3. Osakada, F. et al. Nature Biotechnol. 26, 215-224 (2008).
4. Tansley, K. J. Exp. Biol. 22, 221-233 (1946).
5. MacLaren, R. E. et al. Nature 444, 203-207 (2006).

Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей