На крихітних органоїдах людського мозку, вирощених у посуді, спостерігався ріст двох двосторонньо симетричних оптичних чашок, що відображає розвиток очних структур у людських ембріонів.
Цей неймовірний результат допоможе нам краще зрозуміти процес диференціації та розвитку очей, а також очних захворювань.
“Наша робота підкреслює дивовижну здатність органоїдів мозку генерувати примітивні сенсорні структури, чутливі до світла і містять типи клітин, подібні до тих, що знаходяться в організмі”, – сказав нейробіолог Джей Гопалакрішнан з Університетської лікарні Дюссельдорфа в Німеччині.
“Ці органоїди можуть допомогти вивчати взаємодію мозку та ока під час розвитку ембріона, моделювати вроджені захворювання сітківки та генерувати типи клітин сітківки для персоналізованого тестування ліків та трансплантаційної терапії”.
Крупний план бежевого згустку (органоїду мозку) з двома темними крапками, які є зачатками очей. (Ельке Габріель)
Органоїди мозку — це не справжній мозок, як ви можете собі уявити. Це невеликі тривимірні структури, вирощені з індукованих плюрипотентних стовбурових клітин — клітин, отриманих від дорослих людей і перетворених на стовбурові клітини, які мають потенціал для перетворення в різні типи тканин.
У цьому випадку ці стовбурові клітини вмовляють рости в згустки мозкової тканини, які не мають нічого спільного з думками, емоціями чи свідомістю.
Такі “міні-мізки” використовуються в дослідницьких цілях, де використання справжнього живого мозку було б неможливим або, щонайменше, етично складним – наприклад, для тестування реакції на ліки або для спостереження за розвитком клітин за певних несприятливих умов.
Цього разу Гопалакрішнан і його колеги прагнули спостерігати за розвитком очей.
У попередніх дослідженнях інші вчені використовували ембріональні стовбурові клітини для вирощування оптичних чашок – структур, які під час ембріонального розвитку перетворюються на майже всю очну оболонку. В інших дослідженнях структури, подібні до чашок зорового нерва, були створені з індукованих плюрипотентних стовбурових клітин.
Замість того, щоб вирощувати ці структури безпосередньо, команда Гопалакрішнана хотіла перевірити, чи можна їх виростити як інтегровану частину органоїдів мозку. Це дало б змогу побачити, як ці два типи тканин можуть рости разом, а не просто вирощувати оптичні структури ізольовано.
“Розвиток ока – це складний процес, і його розуміння може дозволити зрозуміти молекулярну основу ранніх захворювань сітківки”, – пишуть дослідники у своїй статті.
“Таким чином, дуже важливо вивчати зорові пухирці, які є першоосновою ока, чий проксимальний кінець прикріплений до переднього мозку, що має важливе значення для правильного формування ока”.
Попередні роботи з розвитку органоїдів показали наявність клітин сітківки, але вони не розвивали оптичні структури, тому команда змінила свої протоколи. Вони не намагалися форсувати розвиток суто нейронних клітин на ранніх стадіях нейронної диференціації, а додали ацетат ретинолу в культуральне середовище як допоміжний засіб для розвитку очей.
(Gabriel et al., Cell Stem Cell, 2021)
Їхній ретельно доглянутий міні-мозок сформував зорові чашки вже на 30 день розвитку, а структури були чітко помітні на 50 день. Це збігається з термінами розвитку очей у людського ембріона, а отже, ці органоїди можуть бути корисними для вивчення тонкощів цього процесу.
Є й інші наслідки. Чашки зорового нерва містили різні типи клітин сітківки, які об’єднувалися в нейронні мережі, що реагували на світло, і навіть містили кришталик і тканину рогівки. Нарешті, структури демонстрували зв’язок сітківки з ділянками мозкової тканини.
“У мозку ссавців нервові волокна гангліозних клітин сітківки простягаються, щоб з’єднатися зі своїми мозковими мішенями – аспект, який ніколи раніше не був показаний в системі in vitro”, – сказав Гопалакрішнан.
І це можна відтворити. З 314 органоїдів мозку, які виростила команда, 73 відсотки розвинули зорові чашки. Команда сподівається розробити стратегії підтримки життєздатності цих структур у більш тривалих часових масштабах для проведення більш поглиблених досліджень з величезним потенціалом, кажуть дослідники.
“Мозкові органоїди, що містять зорові пухирці, можуть бути розроблені з високоспеціалізованими типами нейронних клітин, що відкриває шлях до створення персоналізованих органоїдів і пігментних епітеліальних листків сітківки для трансплантації”, – пишуть вони в своїй роботі.
“Ми вважаємо, що [це] органоїди наступного покоління, які допомагають моделювати ретинопатії, що виникають в результаті ранніх порушень нейророзвитку”.
