Глаз из пробирки: полностью, хотя и не окончательно

Как вырастить искусственный глаз
Кирилл Стасевич, Компьюлента

Научный мир бурно обсуждает последние новости из Японии, и речь вовсе не о взбунтовавшемся атоме: в Институте физико-химических исследований RIKEN вырастили искусственный глаз. Если отделить суть работы от сопровождающих её восторженных метафор и научно-фантастических прогнозов, то получится следующее.

У позвоночных глаз формируется сложным образом. Сначала у зародышей образуется так называемый глазной пузырь – вырост на переднем краю зародышевого мозга. Затем передняя стенка этого пузыря начинает загибаться внутрь, пока не встретится с противоположной стенкой (как если бы на воздушный шарик нажали пальцем или ладонью и давили бы до упора – при условии что он не лопнет). В результате получается бокаловидная структура, которая так и называется – глазной бокал. Дно этого бокала двуслойно. Внешний слой, который находится ближе к мозгу, составляют пигментные клетки сетчатки: они обеспечивают последней питание и поддержку. Внутренний слой – клетки собственно сетчатки; слой необычайно сложен и дифференцирован, содержит разные типы светочувствительных нейронов (известные как палочки и колбочки), сопутствующих глиальных клеток, ганглионарные клетки, которые проводят сигнал непосредственно в мозг, и так далее.

Что же сделали японские учёные? Они поместили эмбриональные клетки мыши в специальный белковый раствор, который направил их развитие в сторону сетчатки. (Напомним, что эмбриональные клетки обладают замечательным свойством: они могут превращаться в любой из более чем 200 типов клеток взрослого организма.)

Предыдущие работы в этом направлении велись, но результаты были и впрямь не столь впечатляющими. До этого биологам удавалось заставить эмбрион лягушки сформировать глаз в неподходящем для того месте – но в данном случае исследователи обрабатывали цельный эмбрион, а не культуру клеток. Были также получены результаты по превращению человеческих эмбриональных клеток в пигментированные питающие клетки сетчатки. Японские учёные сумели сделать именно глазной бокал: эмбриональные клетки у них росли в особом белковом геле, который механически поддерживал образующуюся структуру.

Клетки работали в точности так, как если бы они находились не на лабораторном столе, а в зародыше. Первым делом они превратились в предшественников сетчатки и сформировали в течение полутора недель тот самый глазной пузырь. Затем глазной пузырь оформился в глазной бокал. Оба слоя стенок и дна бокала начали стремительно дифференцироваться сообразно своему положению – в пигментные эпителиальные клетки поддержки или в светочувствительные и светопроводящие нейроны. По мере развития «глаза» исследователям удалось проследить за стадиями превращения пузыря в бокал. В двух словах: те клетки, что должны были вогнуться, «расслабляли» свой цитоскелет. Затем клетки, которые находились на сгибе (они должны были разделить внешний и внутренний слой), приобретали клинообразную форму, как бы указывая их соседкам, куда предстоит вгибаться. Наконец, само прогибание слоя клеток внутрь пузыря происходило вследствие интенсивного деления; из-за увеличения числа клеток стенке пузыря приходилось изгибаться – в указанном направлении.

Напоследок учёные решили проверить, так ли уж правильны получившиеся в этом искусственном зрительном бокале предшественники зрительных нейронов. Клетки внутренней стенки бокала изымались и помещались в такое же белковое желе, где они могли формировать трёхмерные структуры. И клетки образовывали шестислойные структуры с синапсами, в совокупности характеризующие зрелую сетчатку!

Статья, посвящённая этой уникальной работе, опубликована в журнале Nature (Self-organizing optic-cup morphogenesis in three-dimensional culture); материалу сопутствует множество комментариев.

Как говорит Йошики Сасаи, один из соавторов исследования, предстоит выяснить, может ли такой искусственный глаз воспринимать свет и передавать информацию в мозг. Впрочем, предыдущие работы по пересадке эмбриональной сетчатки взрослым крысам были успешны, что вселяет в учёных надежду на «правильность» их искусственного глаза. Но и без этого группой получен фундаментальный результат: оказывается, эмбриональные стволовые клетки могут сами по себе формировать сложные структуры, опираясь только на изначальную программу. Постоянное подталкивание извне в нужном направлении им не требуется.

Ну а с практической точки зрения это огромный шаг вперёд в развитии регенеративной медицины, которая уже сейчас во многих случаях позволяет не лечить с переменным успехом больную ткань (особенно если эта ткань больна генетически), а просто заменить её на здоровую, выращенную «в пробирке».

Подготовлено по материалам Nature News:  Stem cells make 'retina in a dish'.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
08.04.2011