Исследовательская группа из Центра исследований организмов (COS) Гейдельбергского университета продемонстрировала, что сложную ткань сетчатки можно культивировать в чашке Петри из эмбриональных стволовых клеток костистых рыб. До сих пор стволовые клетки млекопитающих, включая людей, использовались в исследованиях органоидов. Впервые исследователи во главе с профессором доктором Иоахимом Виттбродтом продемонстрировали, что стволовые клетки медаки и рыбок-зебр также могут формировать высокоорганизованные нейронные структуры в контролируемых лабораторных условиях. Помимо прочего, исследователи ожидают получить новое представление об основных механизмах развития сетчатки.

Органоиды-это кусочки ткани, выращенные из стволовых клеток и напоминающие настоящие органы. Они используются в фундаментальных исследованиях для получения новой информации об организации клеток и развитии органов, для изучения происхождения заболеваний, а также для разработки и тестирования новых лекарств. "Главное преимущество органоидов рыб заключается в том, что они обладают высокой воспроизводимостью, в отличие от органоидов из стволовых клеток млекопитающих. Они развиваются надежно и очень быстро и позволяют проводить прямое сравнение с живыми эмбрионами, которые у рыб растут вне матки", - объясняет профессор. Виттбродт, который возглавляет исследовательскую группу по физиологии животных и биологии развития в COS. "Поэтому мы можем манипулировать молекулярными и генетическими механизмами формирования сетчатки, подобно инженерам".

Предыдущие исследования с использованием стволовых клеток рыбок-зебр уже предполагали, что они проходят определенные стадии эмбрионального развития при соответствующем культивировании. Однако до сих пор ни один из гейдельбергских исследователей не знал об эксперименте, в ходе которого культуры клеток рыб успешно организовывались в очень сложные нейронные структуры, такие как сетчатка. "Наше исследование устранило этот пробел в исследованиях органоидов", - подчеркивает доктор Люси Зилова, научный сотрудник в группе Иоахима Виттбродта. "Нам удалось культивировать стволовые клетки костистых рыб таким образом, что они прошли удивительный процесс развития чуть менее чем за неделю. В конце концов, у нас была сложная структура сетчатки".

С этой целью команда Гейдельберга использовала плюрипотентные стволовые клетки из эмбрионов медаки и зебры. Такие клетки еще не дифференцировались и потенциально могут развиться во множество различных типов клеток. По словам доктора Зиловой, все клетки, взятые из одного эмбриона, независимо агрегировались в одну большую сетчатку в течение 24 часов. В течение нескольких дней он затем сформировал слои различных типов клеток, которые также встречаются в рыбьем глазу, включая фоторецепторные клетки, биполярные клетки, амакриновые клетки и ганглиозные клетки. "Процесс роста оказался невероятно эффективным", - утверждает исследователь. Сотни маленьких органоидов сетчатки могут быть созданы в течение одного дня. Высокая пропускная способность позволила исследователям точно определить условия, в которых формируются структуры, напоминающие голову с двумя глазами, включая как мозг, так и сетчатку.

"Однако только потому, что органоидная структура выглядит как сетчатка, не означает, что клетки ведут себя и растут так, как в живом эмбрионе", - добавляет доктор Венера Вайнхардт, еще один постдок COS. Чтобы изучить этот вопрос, исследователи использовали световую флуоресцентную микроскопию, процесс визуализации, который поддерживает наблюдения в реальном времени, для сравнения поведения клеток в культуре с поведением клеток в эмбрионе. "Анализ четко показал, что различий не было. Как в культуре, так и в эмбрионе клетки перемещались по определенным маршрутам к внешней периферии глазной почки и объединялись в так называемый оптический пузырь", - продолжает доктор Вайнхардт.

Гейдельбергские исследователи также отметили, что органоиды эволюционно различных рыб медаки и зебры очень похожи. Это заставляет их полагать, что молекулярные и генетические механизмы раннего развития глаз сохранялись на протяжении всей эволюции у разных видов и независимо от воздействий окружающей среды, которым подвергаются эмбриональные клетки во время их развития. Могут ли эмбриональные стволовые клетки в культуре образовывать другие органоидные структуры, помимо сетчатки, остается открытым вопросом.