Z ludzkich embrionalnych komórek macierzystych siatkówka jest hodowana

Ludzkie komórki macierzyste spontanicznie tworzą tkankę, która rozwija się w siatkówkę - tę tkankę oka, która pozwala nam widzieć. To jest opisane w artykule opublikowanym w czasopiśmie Cell Stem Cell. W przyszłości transplantacja takiej trójwymiarowej tkanki może pomóc pacjentom z wadami wzroku.

„Jest to ważny krok w nowy etap rozwoju medycyny regeneracyjnej” - komentuje wyniki badań swojego dyrektora głowy grup organogenezy i neurogenezą profesora Yoshiki Sasai (Yoshiki Sasai), MD, PhD, z Centrum Biologii Rozwoju, RIKEN Research Institute (RIKEN Center for Developmental Biology ), Japonia. "Nasze podejście otwiera nowe perspektywy w zakresie wykorzystywania złożonych tkanek pochodzących z ludzkich komórek macierzystych do leczenia, a także do badań medycznych związanych z patogenezą i opracowywaniem leków".

W procesie rozwoju siatkówka jest fotoczułą tkanką wyściełającą wewnętrzną powierzchnię oka - powstaje ze struktury zwanej szkłem wzrokowym lub ocznym. W nowej pracy japońskich badaczy struktura ta spontanicznie tworzy się z ludzkich embrionalnych komórek macierzystych (hESC) - komórek pochodzących z ludzkich embrionów, które mogą różnicować się na różne tkanki. Było to możliwe dzięki metodom hodowli komórek, zoptymalizowanym przez profesora Sasai i jego grupę.

Komórki pochodzące z hESC są zorganizowane w prawidłową trójwymiarową strukturę z dwiema warstwami miseczki ocznej, z których jedna zawiera dużą liczbę fotoczułych komórek - fotoreceptorów. Ponieważ zwyrodnienie siatkówki jest głównie wynikiem uszkodzenia fotoreceptorów, uzyskana z nich tkanka hESC może stać się idealnym materiałem do przeszczepu.

Badanie japońskich naukowców nie tylko otwiera dalsze perspektywy wykorzystania komórek macierzystych w medycynie regeneracyjnej, ale niewątpliwie przyspieszy rozwój takiej dziedziny nauk przyrodniczych, jak biologia rozwojowa. W trakcie eksperymentów naukowcy byli przekonani, że szkiełko wzierne, utworzone z ludzkich embrionalnych komórek macierzystych, jest znacznie grubsze niż te hodowane z mysich zarodkowych komórek macierzystych. Ponadto zawiera zarówno pręciki, jak i szyszki, podczas gdy w ESC u myszy różnicowanie w stożki jest rzadkie. Oznacza to, że komórki embrionalne zawierają specyficzne dla gatunku instrukcje tworzenia tej struktury oka.

"Nasze badania otwierają drogę do zrozumienia specyfiki rozwoju oka, specyficznej dla osoby, której badanie było wcześniej niemożliwe", profesor Sasai jest pewien.

To nie jest pierwszy duży sukces grupy profesora Sasai. Pod koniec zeszłego roku naukowcy wyhodowali z mysich zarodkowych komórek macierzystych funkcjonalną przednią część przysadki (adenohypophysis), składającą się z kilku różnych typów komórek produkujących hormony. Artykuł na temat wyników tej pracy Samokształcenie funkcjonalnej adenohypofii w trójwymiarowej kulturze opublikowano w czasopiśmie Nature.

Przysadka mózgowa to mały gruczoł dokrewny znajdujący się u podstawy mózgu, który wytwarza kilka ważnych hormonów. Jest to szczególnie ważne w okresie wczesnego rozwoju, a umiejętność naśladowania jego edukacji w laboratorium pomoże naukowcom lepiej zrozumieć embriogenezę. Zaburzenia w przysadce mózgowej wiążą się z zaburzeniami wzrostu, takimi jak gigantyzm i problemy ze wzrokiem, w tym ślepota.

Ten eksperyment nie byłby możliwy bez trójwymiarowej hodowli komórkowej. Przysadka mózgowa jest odrębnym narządem, ale do jej rozwoju potrzebne są sygnały chemiczne z regionu mózgu znajdującego się bezpośrednio nad nim - podwzgórza. W kulturze trójwymiarowej naukowcy mogli jednocześnie zbliżać się do siebie nawzajem dwoma rodzajami tkanki, co skutkowało dwoma tygodniami samoorganizowania się komórek macierzystych w przysadce mózgowej.

Barwienie fluorescencyjne wykazało, że wyhodowana tkanka przysadki eksprymuje odpowiednie biomarkery i sekrety typowe dla hormonów przysadki przedniego przysadki mózgowej. Naukowcy poszli dalej i przetestowali funkcjonalność narządów syntetyzowanych przez nich, zastępując je myszami pozbawionymi przysadki mózgowej. Eksperymenty zakończyły się sukcesem: poddany bioinżynierii przysadka mózgowa przywróciła poziom hormonów glukokortykoidowych we krwi zwierząt i wyeliminowała objawy behawioralne, takie jak letarg. Stan myszy z wszczepionymi strukturami komórek macierzystych, które nie były narażone na niezbędne czynniki sygnałowe, a zatem nie stał się funkcjonalną przysadką, nie poprawił się.

Profesor Sasai i jego koledzy planują powtórzyć eksperyment na ludzkich komórkach macierzystych i, ich zdaniem, praca ta potrwa co najmniej trzy lata.

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]