Специалисты из Университета Джонса Хопкинса, стремясь разгадать механизмы, обеспечивающие формирование острого центрального зрения ещё на этапе внутриутробного развития, обнаружили сложное взаимодействие между молекулой, происходящей из витамина А, и гормонами щитовидной железы, локализованное в сетчатке. Это открытие ставит под сомнение устоявшиеся представления о том, как развиваются ключевые светочувствительные клетки, и может стать основой для будущих терапевтических подходов к лечению дегенерации жёлтого пятна, глаукомы и иных патологий, приводящих к ухудшению зрительных функций. Исследование, базирующееся на использовании выращенной в лабораторных условиях ткани сетчатки, было опубликовано в престижном издании Труды Национальной академии наук.
Руководитель исследования, Роберт Дж. Джонстон-младший, занимающий должность доцента кафедры биологии в Университете Джонса Хопкинса, подчеркнул, что проделанная работа представляет собой критически важный этап на пути к постижению внутренних процессов, протекающих в центральной области сетчатки — той её части, которая первой выходит из строя у пациентов с дегенерацией жёлтого пятна. «Глубоко понимая эту область и создавая органоиды, способные имитировать её функционирование, мы в будущем рассчитываем научиться выращивать и трансплантировать данную ткань с целью восстановления зрения», — отметил учёный.
Выращенная в лаборатории модель раскрывает секреты острого зрения
Для изучения того, как формируется человеческий глаз, исследователи применили органоиды — миниатюрные скопления тканей, культивированные из клеток плода и с высокой точностью воспроизводящие отдельные участки сетчатки. Наблюдая за этими лабораторными моделями на протяжении нескольких месяцев, научная группа идентифицировала совокупность клеточных процессов, которые приводят к формированию фовеолы — микроскопической зоны в центре сетчатки, ответственной за максимальную остроту зрения. Основное внимание в работе было уделено колбочковым фоторецепторам — светочувствительным клеткам, обеспечивающим дневное и цветовое восприятие. Со временем эти клетки дифференцируются в синие, зелёные или красные колбочки, приобретая способность реагировать на световые волны различной длины. Примечательно, что, хотя фовеола занимает лишь незначительную часть сетчатки, на неё приходится почти половина всего зрительного восприятия человека. В отличие от остальных участков сетчатки, где представлены все три типа колбочек, фовеола содержит исключительно красные и зелёные колбочки.
Удивительная трансформация колбочек
Человек уникален тем, что обладает тремя различными типами колбочек, которые в совокупности обеспечивают широкий спектр цветового зрения. Однако, как выяснили учёные, процесс превращения клеток-предшественников в специфические колбочки в области фовеолы регулируется особым образом — под влиянием сигналов, связанных с витамином А и гормонами щитовидной железы. Это открытие не только углубляет фундаментальные знания о развитии зрительной системы, но и открывает потенциальные возможности для разработки методов лечения, направленных на восстановление утраченного зрения при таких распространённых заболеваниях, как дегенерация жёлтого пятна и глаукома.рокий спектр цветового зрения. Как раз этот специализированный шаблон на протяжении длительного времени оставался загадкой. По словам Джонстона, ученые изо всех сил пытались изучить этот процесс, потому что у обычных исследовательских животных, таких как мыши и рыбы, не развито такое расположение фоторецепторов.
Новые результаты показывают, что структура конусов в фовеоле формируется посредством скоординированной последовательности событий на ранних стадиях развития плода. В течение 10–12 недель в развивающемся фовеоле появляется небольшое количество синих колбочек. Однако к 14 неделе эти клетки превратились в красно-зеленые колбочки.
Исследователи обнаружили, что это происходит с помощью двух логических элементов. Во-первых, ретиноевая кислота, молекулы, полученные из сопротивления А, увеличиваются, уменьшая образование новых синих колбочек. Затем гормоны щитовидной железы заставляют синие колбочки превращаться в красные и зеленые колбочки.
«Во-первых, ретиноевая кислота помогает установить конституционность. Затем гормон щитовидной железы играет роль в преобразовании оставшихся клеток». — сказал Джонстон. «Это очень важно, потому что если у вас есть эти синие конусы, вы тоже ничего не видите».
Бросая вызов давней теории
Результаты дают новое объяснение вопроса, которое озадачивало вопрос. Преобладающая теория предполагает, что синие колбочки удлиняются в центре сетки, а затем увеличиваются. Вместо этих новых данных указано, что останки остаются на месте, но меняют свою идентичность на красных и зеленых колбочках, обеспечивая особое расположение, необходимое для острого зрения.
«Основная модель в этой области, разработанная примерно 30 лет назад, заключалась в том, что каким-то образом несколько синих колбочек, которые вы продолжаете в этой области, просто уходят с дорог, и эти клетки решают, кем они будут, и контролируют клетки такого типа навсегда», — сказал он. — сказал Джонстон. «Мы пока не можем это проверить, но наши данные соответствуют другой модели. Эти клетки действительно со временем преобразуются, и это действительно удается».
Возможность восстановления зрения в будущем
Исследователи полагают, что эти открытия могут в конечном итоге поддержать новые подходы к различным проблемам зрения. Команда Джонстона продолжает совершенствовать свои органоиды сетчатки, чтобы они больше напоминали функции сетчатки человека. Более совершенные модели могут помочь ученым создавать более здоровые фоторецепторы клеток для будущих клеточно-заместительных методов лечения таких заболеваний, как дегенерация желтого пятна, от которого в настоящее время нет лекарств.
«Цель использования этой органоидной технологии состоит в том, чтобы в конечном итоге создать почти заказную популяцию фоторецепторов. Большим потенциалом является заместительная клеточная терапия, позволяющая ввести здоровые клетки, которые могут реинтегрироваться в глаза и надолго восстановить утреннее зрение», — сказал он. — сказал Хасси, который сейчас работает молекулярным и клеточным биологом в компании CiRC Biosciences, занимающейся клеточной терапией, в Чикаго. «Это очень долгосрочные эксперименты, и, конечно, нам нужно будет провести оптимизацию исследований безопасности и эффективности, прежде чем переехать в клинику. Но это независимое путешествие».