Група дослідників із Німеччини, США та Франції розробили технологію вирощування органоїдів мозку із зачатками зорової системи. Вирощені ними органоїди утворили пару примітивних зорових структур, очних келихів, які утворені з різних типів клітин та здатні реагувати на світло. Опис технології опублікований у журналі Cell Stem Cell.
Мозковий органоїд з очними келихами. Elke Gabriel et al. / Cell Stem Cell, 2021
Навіщо ці органоїди потрібні?
Значну частину досліджень у сфері біології розвитку та медицини проводять на лабораторних тваринах, яких просто утримувати та змінювати. Але є низка випадків, коли вони є не найкращими моделями. Наприклад, якщо вчені прагнуть дослідити взаємодії клітин та формування тканин на ранньому етапі формування органів або коли результати дослідів на тваринах не можна інтерпретувати на людину. Іноді допомогти можуть органоїди — спрощені мініатюрні варіанти справжніх органів. Їх можна вирощувати зі зрілих клітин, якщо їх перепрограмувати на стовбурові, наділивши здатністю перетворюватися в різні типи клітин організму. Обробляючи сукупність стовбурових клітин комбінаціями хімічних стимулів, можна запустити процес їх самоорганізації в бажаний орган. Хоча у результаті виходить лише кількаміліметрова спрощена версія органу, цього буває достатньо, щоб провести досліди для кращого розуміння базових процесів розвитку та дії експериментальних ліків на клітини.
Зараз вчені навчилися вирощувати десятки різних типів органоїдів, зокрема мозку та сітківки ока. А в новій роботі вчені з Німеччини, США та Франції на чолі з науковцями Дюссельдорфського університету виростили мозковий органоїд, що сам має зачатки зорової системи.
Що за органоїди вони утворили?
На ранньому етапі вирощування 314 органоїдів людського мозку науковці додали до їхнього поживного середовища ретинолу ацетат, що є природною формою вітаміну А. Це змусило клітини приблизно на тридцятому дні розвитку організуватися таким чином, щоб сформувати дві пігментовані структури на органоїдах, які є зачатками зорової системи. Вони почали свій розвиток як маленькі випинання нейроепітелію, що мають назву очних міхурців, які протягом п'ятдесяти днів розвитку перетворилися на очні келихи. Під час нормального ембріонального розвитку ці структури дають початок сітківці ока. Формування очних келихів вдалося індукувати у 72 відсотків вирощуваних органоїдів.
Формування органоїдів із очними міхурцями. Elke Gabriel et al. / Cell Stem Cell, 2021
Очні келихи містили різні типи клітин сітківки, зокрема пігментного епітелію, епітелію рогівки та зачатків кришталика. Зорові структури функціонально були пов'язаними із мозковою тканиною та реагували на світло різної інтенсивності, передаючи сигнали нейрональними шляхами.
Що це нам дає?
На великій кількості моделей вчені показали, що їхня технологія вирощування органоїдів із зачатками зорової системи є відтворюваною. Однак потрібно провести додаткові досліди, щоб підтвердити, що вони годяться для вивчення людського розвитку. Зокрема, дослідники планують подовжити життя органоїдів, які наразі починають руйнуватися приблизно на вісімдесятому дні життя в лабораторній посудині, ймовірно, через відсутність кровопостачання.
Якщо наступні роботи покажуть доцільність застосування подібної комбінації мозкових та зорових органоїдів, це допоможе краще зрозуміти не тільки взаємодію нервової та зорової систем і її розвиток, а й причини вроджених патологій зору. Або ж технологію можна буде використати в персоналізованій медицині для вирощування органоїдів із клітин пацієнта, щоб випробувати на них ліки, які найкраще діятимуть у конкретного хворого.
Детальніше про типи органоїдів, їхнє вирощування та застосування ви можете дізнатися із нашого матеріалу «Мізки в чашці Петрі».