Сетчатка глаза, выращенная японскими учеными в чашке Петри

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).

«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).