Из человеческих эмбриональных стволовых клеток выращена сетчатка

Человеческие стволовые клетки спонтанно образуют ткань, которая развивается в сетчатку – ту ткань глаза, которая позволяет нам видеть. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Cell Stem Cell. В будущем трансплантация такой трехмерной ткани может помочь пациентам с нарушениями зрения.

«Это важная веха в новом этапе развития регенеративной медицины», - комментирует результаты исследования его руководитель директор группы органогенеза и нейрогенеза профессор Йошики Сасаи (Yoshiki Sasai), MD, PhD, из Центра биологии развития научно-исследовательского института RIKEN (RIKEN Center for Developmental Biology), Япония. «Наш подход открывает новые перспективы в использовании сложных тканей, полученных из человеческих стволовых клеток, для лечения, а также для медицинских исследований, связанных с патогенезом и разработкой лекарственных препаратов».

В процессе развития сетчатка – светочувствительная ткань, выстилающая внутреннюю поверхность глаза, – образуется из структуры, известной как зрительный, или глазной, бокал. В новой работе японских исследователей эта структура спонтанно формировалась из человеческих эмбриональных стволовых клеток (human embryonic stem cells, hESCs) - клеток, полученных из человеческих эмбрионов, обладающих потенциалом дифференцироваться в различные ткани. Это стало возможным благодаря методам культивирования клеток, оптимизированным профессором Сасаи и его группой.

Клетки, полученные из hESCs, организуются в правильную трехмерную структуру с двумя слоями глазного бокала, один из которых содержит большое количество светочувствительных клеток – фоторецепторов. Так как дегенерация сетчатки в первую очередь является результатом повреждения фоторецепторов, полученная из hESCs ткань может стать идеальным материалом для трансплантации.

Исследование японских ученых не только открывает дальнейшие перспективы использования стволовых клеток в регенеративной медицине, но и, безусловно, ускорит развитие такой области естествознания, как биология развития. В ходе экспериментов исследователи убедились, что глазной бокал, формирующийся из человеческих эмбриональных стволовых клеток, гораздо толще, чем выращенный из эмбриональных стволовых клеток мыши. Кроме того, в нем присутствуют как палочки, так и колбочки, в то время как в культуре мышиных ESCs дифференциация в колбочки наблюдается редко. Это означает, что эмбриональные клетки несут в себе видоспецифические инструкции по созданию этой структуры глаза.

«Наше исследование открывает путь к пониманию особенностей развития глаза, специфичных для человека, изучение которых раньше было невозможно», - уверен профессор Сасаи.

Это не первый крупный успех группы профессора Сасаи. В конце прошлого года ученые вырастили из эмбриональных стволовых клеток мыши функциональную переднюю долю гипофиза (аденогипофиз), состоящую из нескольких различных видов гормонпродуцирующих клеток. Статья о результатах этой работы Self-formation of functional adenohypophysis in three-dimensional culture была опубликована в журнале Nature.

Гипофиз – маленькая эндокринная железа у основания головного мозга, вырабатывающая несколько важных гормонов. Он особенно важен в период раннего развития, и возможность имитировать его образование в лаборатории поможет ученым лучше понять эмбриогенез. Нарушения в работе гипофиза ассоциируются с нарушениями роста, такими как гигантизм, и проблемами со зрением, включая слепоту.

Этот эксперимент был бы невозможен без трехмерной клеточной культуры. Гипофиз – отдельный орган, но для его развития необходимы химические сигналы от находящейся непосредственно над ним области мозга – гипоталамуса. В трехмерной культуре ученые могли одновременно и вплотную друг к другу выращивать два типа тканей, в результате чего через две недели стволовые клетки самоорганизовались в гипофиз.

Флуоресцентное окрашивание показало, что выращенная ткань гипофиза экспрессирует соответствующие биомаркеры и секретирует типичные для передней доли гипофиза гормоны. Исследователи пошли еще дальше и испытали функциональность синтезированных ими органов, пересадив их мышам, лишенным гипофиза. Эксперименты закончились успехом: биоинженерные гипофизы восстановили уровни глюкокортикоидных гормонов в крови животных и устранили поведенческие симптомы, такие как вялость. Состояние мышей с имплантированными структурами из стволовых клеток, которые не подвергались воздействию необходимых сигнальных факторов и поэтому не стали функциональным гипофизом, не улучшилось.

Профессор Сасаи и его коллеги планируют повторить эксперимент на человеческих стволовых клетках и, по их мнению, эта работа займет не менее трех лет.

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]