Збери собі око

Вчені з США вперше змогли успішно перетворити «перепрограмовані» стовбурові клітини в повноцінну сітківку ока, здатну розпізнавати світло і перетворювати його в електричні імпульси. Таку тканину поки не можна використовувати для лікування пошкоджених очей, але проведення подібних операцій можливо вже в доступному для огляду майбутньому, впевнені автори статті, опублікованої в журналі Nature Communications.

«Грубо кажучи, нам вдалося створити мініатюрну подібність сітківки людського ока в пробірці, яка не тільки схожа за своєю будовою справжній орган, а й має здатність відчувати світло. Чи можна її підключити до мозку і чи буде він отримувати картинку з такою сітківки? Напевно, немає, але це серйозний крок на шляху до створення повністю штучного ока », - пояснила провідний автор статті Валерія Канто-Солер з університету Джона Гопкінса в Балтіморі.

З відкриттям стовбурових клітин вчені замислилися над тим, чи не можна використовувати їх культури для вирощування повноцінних очей або сітківки, якими можна буде замінювати пошкоджені органи. Перші спроби створити їм заміну показали, що ця задача є вкрай складною і практично нерозв`язною. Сітківка та інші частини ока є найскладнішими тривимірними органами, зростанням яких всередині зародка керують сотні різних сигнальних молекул, які змушують ембріональні стовбурові клітини займати належне місце в гігантській структурі з мільйонів клітин різних типів.

В останні три роки вченим вдалося домогтися деяких успіхів у справі створення заміни для очей. У 2012 році біологи з США і Великобританії вперше змогли успішно пересадити колбочки і палички в пошкоджене око миші, а в 2013 році - надрукувати аналог сітківки за допомогою особливого струминного принтера, в якому в якості чорнила використовувалися клітини очі. Ці зусилля не пропали даром: рік тому уряд Японії офіційно схвалило клінічні експерименти зі штучною сітківкою ока.

Канто-Солер і її колеги зробили великий крок в роботі з штучної сітківкою, навчившись відтворювати в пробірці ті процеси, які відбуваються зі стовбуровими клітинами всередині зародка в перші 28 тижнів його розвитку, коли у майбутнього людського немовляти ростуть очі.

Як пояснюють автори статті, сітківка ока людини та інших ссавців складається з семи різних типів клітин, частина з яких - колбочки і палички - розпізнають світло, а інші беруть участь в обробці і передачі сигналу в зоровий нерв і решту мозку. Для росту кожного з них потрібні унікальні набори сигнальних молекул і особлива хімічна середу, що змусило вчених простежити за тим, що відбувається всередині зародка під час формування очі.

Штучна сітківка ока на різних стадіях розвитку. Мікрофотографії: Zhong et al. / Nature / NPG

Спостерігаючи за ростом кожного шару сітківки в зародку миші, вчені помітили, що цей гормональний «коктейль» вироблявся тими стовбуровими клітинами, які становили саму першу частину майбутнього очі. Цей факт значно спрощує створення штучної сітківки - досить навчитися вирощувати такі клітини, які самі будуть керувати подальшим зростанням «заготовки» очі.

Відео: Запрошуємо вас навчитися БАЧИТИ БЕЗ допомоги очей і рук! см. ОПИС під відео

Керуючись цією ідеєю, вчені придбали невелику колонію перепрограмованих стовбурових клітин і спробували перетворити їх в найважливішу частину ока за допомогою цього набору гормонів. Експеримент почався вдало і вже через два тижні після його початку клітини почали ділитися і перетворюватися в колбочки, палички та інші частини майбутньої сітківки. Ці клітини були вкрай самостійними - без підказки і допомоги вчених вони об`єднувалися в тривимірну структуру, не відрізняються за своїм устроєм від справжнього «фотосенсора» очі, приблизно через місяць після початку дослідів.

«Ми знали, що наша штучна сітківка не володітиме всіма функціями її природного аналога, якщо у нас не вийде відтворити її тривимірної структури. Коли ми почали цей експеримент, ми не думали, що стовбурові клітини зможуть самостійно впоратися з цим завданням. Але виявилося, що вони немов знають, що їм потрібно робити і куди рухатися », - пояснила Канто-Солер.

Дочекавшись появи нервових клітин, які збирають інформацію з колб і паличок, вчені перевірили, чи здатна їх штучна сітківка відчувати світло. Для цього вчені підключили електроди до таких нейронів і стали стежити за змінами в частоті і силі імпульсів, що надходили з цих клітин.

Виявилося, що така сітківка дійсно вміє ловити фотони видимого світла і перетворювати його в електричні імпульси. Проте вони були значно слабкіше, ніж аналогічні сигнали в цій сітківці, і у них був неправильний «формат» через те, що багато допоміжні нервові клітини загинули через нестачу їжі або відсутності якихось інших гормонів за час зростання сітківки . З цієї причини таку сітківку навряд чи можна використовувати для трансплантації. Автори статті планують вирішити цю проблему в найближчі роки і стати першою групою вчених, яким вдасться зробити заміну сітківки.

Відео: Запрошуємо Вас побачити БЕЗ допомоги очей і рук! - Олег Новіков та Лілія Михайличенко