Lab-Grown Human Retinas Reveal Keys til Color Vision

I et laboratorium ved Johns Hopkins University vokser små stykker af menneskelige øjne i en skål. Mens voksende øje globs er et teknisk vidunder i sig selv, har denne skabelse et sammensat formål. I et nyt studie offentliggjort i tidsskriftet Videnskab, genererede forskere disse organoider for at forstå, hvorfor vi kan se farve og lære at hjælpe mennesker, der ikke kan.

Når man tænker på et øje, tænker de sandsynligvis på den fulde bulbform - linsen, en iris; den glasagtige krop. Disse retinale organoider er ikke det. Teknisk set er de retina dyrkede fra menneskelige stamceller - det hvide vævs globs, der styrer selve bagsiden af ​​øjet.

I undersøgelsen, offentliggjort torsdag, afslører Johns Hopkins Universitetsstuderende Kiara Eldred og hendes hold, hvorfor disse retinaer er så vigtige. Mennesker har tre typer af farvedetekterende celler, kegleformede fotoreceptorer, der sanser rødt, grønt eller blåt lys. Men mekanismerne bag hvorfor dette er, er ikke blevet fuldt ud forstået. Her opdagede teamet, at blåceller udviklede først, derefter røde og grønne celler senere. At lære timing af disse celleformationer var et nyt fund - og fornuftigt, i betragtning af at vi og andre primater har noget kaldet trichromatisk farvesyn.

"Som videnskabsmand mener jeg, at du skal have en passion for hvad du laver og en forbindelse til din organisme," organoid-skaberen Eldred fortæller Inverse. "Jeg plejede organoiderne hver dag i begyndelsen og derefter hver anden dag, da de blev ældre. I laboratoriet refererer mine medforfattere og jeg alle sammen om dem som vores babyer, fordi vi skal passe dem hele tiden."

"De fleste pattedyr kan kun se i to farver - de ser kun blå og grøn," forklarer Eldred. "Vi kan se blå, grøn og rød. På grund af farvesyn kan vi få mange rige oplysninger om verden omkring os."

Det spekulerer på, at primater som chimpanser og mennesker kan se rødt, fordi evnen gjorde det muligt for tidlige homininer at finde modnefrugter blandt grønne blade baggrunde. I mellemtiden ser andre pattedyr som hunde og katte færre og svagere farver.

Realiseringen af, at noget førte til timingen for den blå, røde og grønne cellevæksten udgjorde også et mysterium: Hvilken mekanisme forårsagede oprettelsen af ​​disse tre typer af kegleceller? For at finde ud af det, efter at styrecellerne er blevet retinale væv - en proces, hvor nogle gange forskerne ender med at skabe hjernevæv såvel som retinalvævet, fordi fotoreceptorer i realiteten er teknisk neuroner - forskerne begyndte at teste et sæt af gener involveret i funktionen af ​​skjoldbruskkirtelhormonet, som er involveret i cellevækst og differentiering.

Tidligere arbejde vedrørende mus, fisk og kylling vision foreslog, at når thyroidhormonfunktionen er lav, kommer blå celler frem, og når det er højt, følger røde og grønne celler.Det viste sig at være sandt: Ved hjælp af CRISPR slog forskere ud receptoren for thyroidhormonet og skabte nethindeorganoider med kun blå celler. Da de tilføjede hormonet tilbage, genererede de organoider med kun røde og grønne celler.

Dette skete, selv om skjoldbruskkirtlen ikke var involveret overhovedet - de eneste ting i skålen var nethinden-organoiderne. Efter at have undersøgt hvilke gener, der blev tændt eller slukket i løbet af et år med organoid udvikling, opdagede de, at deres hypotese var korrekt: Gen, der nedbryder skjoldbruskkirtlen hormonet var tidligt for at lave de blå celler, og gener, der aktiverer skjoldbruskkirtelhormonet, var senere til at skabe røde og grønne celler.

Videnskaberne forårsagede hovedsageligt, at organoiderne blev farveblind på forskellige måder. Dette tyder på, at denne forskning kan være nyttig i udviklingen af ​​terapeutiske behandlinger for at hjælpe mennesker, der er farveblind eller lider af makuladegeneration, en øjenlidelse, der forårsager synstab. I øjeblikket, hvad forskere gør for at hjælpe med macular degeneration er injektion stamceller i retinaer, der har en form for degeneration. Effekten af ​​denne proces har imidlertid været uforudsigelig. Målet er nu, at ved at være i stand til at lede vejen til differentiering af keglecellerne, kan forskere lære, hvordan de kan bruge cellerne terapeutisk.

"Vi håber, at vi med vores forskning kan give andre forskere information om, hvordan man skaber kegleceller specifikt", siger Eldred. "I fremtidige eksperimenter kan vi måske tage disse celler, injicere dem, og flere af dem bliver fotoreceptorer, der rent faktisk kan give regenerativ behandling. Hver gang jeg ser organoiderne går ned på den rigtige vej, er det spændende og fascinerende."