Органоиды с глазами
Человеческие индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) были использованы для генерации органоидов мозга, содержащих так называемые глазные бокалы – эмбриональную структуру, из которой впоследствии формируется человеческий глаз. Органоиды спонтанно развили с двух сторон симметричные глазные бокалы из передней части мозгоподобной области, демонстрируя способность ИПСК к самоорганизации в очень сложном биологическом процессе.
Работа Джея Гопалакришнана и его коллег из Университетской больницы Дюссельдорфа показывает поразительную способность органоидов мозга генерировать примитивные светочувствительные структуры, которые содержат типы клеток, подобные тем, которые есть в организме. Такие органоиды могут быть полезны для изучения взаимодействия мозга и глаза во время развития эмбриона, моделирования врожденных аномалий сетчатки и генерирования специфических для пациента типов клеток сетчатки для персонализированного тестирования лекарств и трансплантационной терапии.
Многие аспекты развития человеческого мозга и заболеваний могут быть изучены с помощью 3D-органоидов мозга, полученных из плюрипотентных стволовых клеток, которые могут дать начало всем типам клеток в организме. Исследователи ранее вырастили из человеческих эмбриональных стволовых клеток глазные бокалы, которые дают начало сетчатке – светочувствительной ткани в задней части глаза. Но тогда работа была нацелена только на изолированное создание сетчатки. До сих пор другие трехмерные структуры глаза не были функционально интегрированы в органоиды мозга.
В своем исследовании Гопалакришнан и его группа модифицировали протокол, который ранее разработали для превращения ИПСК в нервную ткань. Органоиды человеческого мозга уже через 30 дней образовывали глазные бокалы, которые созревали в видимые структуры в течение 60 дней. Эти временные рамки соответствуют этапам развития глаз у человеческого эмбриона.
В 16 независимых наборах ИПСК, полученных от четырех доноров, исследователи произвели 314 органоидов мозга, 72% из которых образовали глазные бокалы, показав, что метод воспроизводим. Эти структуры содержали различные типы клеток сетчатки, которые образовывали активные нейроны, реагирующие на свет. Кроме сетчатки глазные бокалы в органоидах мозга содержали клетки-предшественники тканей хрусталика и роговицы и демонстрировали связь нейронов сетчатки с областями мозга. В мозге млекопитающих нервные волокна, идущие от ганглиозных клеток сетчатки, соединяются с нейронами мозга – никогда ранее это взаимодействие не удавалась воспроизвести в пробирке.
Существенным ограничением исследования является то, что жизнеспособность органоидов после 60-го дня резко падает, они не могут генерировать зрелые клетки тканей глаза. В будущих исследованиях группа планирует разработать стратегии сохранения жизнеспособности глазных бокалов в течение длительного периода времени, чтобы использовать их для изучения механизмов, вызывающих нарушения работы сетчатки.
Статья E.Gabriel et al. Human brain organoids assemble functionally integrated bilateral optic vesicles опубликована в журнале Cell Stem Cell.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Eurekalert: Brain organoids develop optic cups that respond to light.