Создание искусственной сетчатки глаза человека

Формирование сигнала фоторецепторов (Свет снизу)
Рис. Ф.^[1] RPE — РПЕ, Ретинальный пигментный эпителий сетчатки глаза OS — Наружный сегмент экстерорецепторов IS — Внутренний сегмент фоторецепторов ONL — Внешний зернистый слой — Внешний ядерный слой OPL — Внешний сплетениевидный слой сетчатки глаза INL — Внутренний ядерный слой IPL — Внутренний сплетениевидный слой сетчатки глаза GC — Ганглионарный слой BM — мембрана Бруха P — Пигментные эпителиоциты C — Колбочки сетчатки глаза R — Палочки сетчатки глаза Стрелка и пунткирна линия — внешняя пограничная мембрана H — Горизонтальные клетки сетчатки глаза Bi — Биполярные клетки сетчатки глаза M — Клетки Мюллера A — Амакриновые клетки G — Ганглиозные клетки ipRGC Ax — Аксоны

Рис.1.Культивированные iPS-клетки через 72 дня эксперимента. Слои фоторецепторов (красный цвет), нейронов (синий) и ганглиозных клеток (зелёный) аналогичны тем, что формируются в настоящей сетчатке по мере её развития (фото University of Wisconsin-Madison).^[2]

Создание искусственной сетчатки глаза человека — в результате 72 дней эксперимента создания перепрограммированных iPS-клеток (см. рис.1., Фиг. Ф), где слои фоторецепторов (красный цвет), нейронов (синий) и ганглиозных клеток (зелёный) аналогичны тем, которые формируются в настоящей сетчатке в процессе её развития.^[3]

Введение[править | править код]

Исследователи из американской компании «Клеточная Динамика International» и Университета Висконсина вырастили относительно зрелую сетчатку глаза, воспользовавшись в качестве исходного материала лимфоцитами (или циркулирующими стволовыми клетками крови) и клетками кожи, взятыми от донора человека. Эта биомедицинская технология имеет большие перспективы, ибо она исключает проблему тканевой несовместимости при трансплантации донорского материала реципиенту. В перспективе пациенту из его же клеток вырастят часть глаза, которая пока в теории способна будет заменить поврежденную. Фактически пересадка сведется к аутотрансплантации. Сначала полученные клетки в лабораторных условиях перепрограммировали, превратив в так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPScells), а затем в специальной среде внутри биореактора, под воздействием факторов дифференцировки в iPS клетках запустилась генетическую программу развития рецепторного аппарата глаза, и бесформенная масса клеток образовала органотипичную структуру — несколько слоёв сетчатки. Во внешнем слое клетки превратились в фоторецепторы, в среднем и внутреннем — в нейроны сетчатки и ганглиозные клетки соответственно. Важным открытием стала способность этой разновидности стволовых клеток в управляемых учеными условиях не только делиться и увеличивать свое количество, но и вступать в эффективные взаимодействия, новообразованные нейроны оказались способны отращивать аксоны, дендриты и формировать синапсы, с помощью которых клетки смогли начать процесс обмена информацией.^[4]

История[править | править код]

Фред Гейдж (Fred Gage), руководитель Лаборатории генетики Института Салка обнаружил, что если из мозга подопытной крысы извлечь стволовые клетки и пересадить их в нормальный здоровый глаз, то с с ними ничего происходить не будет. Но, если кусочек мозговой ткани, содержащий стволовые клетки, пересадить в разрушенную сетчатку глаза крысы, то судьба пересаженных клеток меняется. Гейдж предположил, что пересаженные стволовые клетки головного мозга начинают превращаться в нейроны сетчатки, причем эти нейроны активно выпускают отростки — аксоны, которые врастают в зрительный нерв и начинают передавать зрительный сигнал в мозг. Возможно, что при повреждении сетчатки глаза вырабатываются какие-то биологически активные вещества (возможно факторы роста), которые стимулируют нейрогенез сетчатки. Тем не менее точный механизм обнаруженного явления Гейдж не смог обьяснить.

Доктор Г. П. Лопашев, эмбриолог, доктор биологических наук, профессор Института биологии гена РАН сумел объяснить, как регенерирует сетчатка в подобных условиях эксперимента на 50 лет раньше исследований Фреда Гейджа на другой аналогичной экспериментальной модели.

Известно, что у взрослых лягушек сетчатка глаза не способна самостоятельно регенерировать клетки после любого значительного повреждения. Пигментный эпителий глаза не способен к пролиферации (разрастание ткани организма путём размножения клеток делением), а без сетчатки этот эпителий не может участвовать в ее восстановлении. Однако, если в эксперименте удалить сетчатку, и при этом оставить слой пигментного эпителия неповрежденным, то после аллогенной трансплантации (описания трансплантата, полученного от донора того же биологического вида, что и реципиент) в место дефекта тканей глаза мелкого кусочка сетчатки, забранного у головастика, пигментный эпителий активируется, дедифференцируется и превращается в новую сетчатку, которая полностью восстанавливает зрительную функцию глаза. При этом сама пересаженная чужая нервная ткань в регенерации не участвует и удаляется организмом (рассасывается) из глаза. Этот пример регенерации — частный случаем открытого русским профессором Л. В. Полежаевым способа регенерации путем индукции.

Известный специалист по выращиванию сетчатки директор Дэвид Гамм[править | править код]

Рис.3. Дэвид Гамм (David Gamm) директор Глазного Исследовательского института при Университете Висконсин офтальмолог.

Дэвид Гамм (David Gamm) директор Глазного Исследовательского института при Университете Висконсин офтальмолог, всемирно известный специалист по выращиванию сетчатки из стволовых клеток человека считает, что несмотря на огромные технические сложности по вживлению такой биоисскуственной сетчатки в глаз и непонятные пока перспективы врастания отростков клеток сетчатки в мозг для передачи зрительного сигнала, а также сама возможность вырастить в лаборатории сетчатку из клеток крови больного вселяют не малый оптимизм. Технология создания искусственной сетчатки глаза человека привлекает сравнительной простотой получения исходного клеточного материала и абсолютной гистологической совместимостью. Тем не мене, замена сетчатки глаза практически полностью восстановит цветное зрение человека.^[5]