Согласно новому исследованию, клетки сетчатки, выращенные из стволовых клеток, могут протягивать руки и соединяться с соседями, завершая "рукопожатие", которое может показать, что клетки готовы к испытаниям на людях с дегенеративными заболеваниями глаз.

Более десяти лет назад исследователи из Университета Висконсина-Мэдисона разработали способ выращивания организованных скоплений клеток, называемых органоидами, которые напоминают сетчатку - светочувствительную ткань в задней части глаза. Они заставили клетки человеческой кожи, перепрограммированные на работу в качестве стволовых клеток, развиться в слои нескольких типов клеток сетчатки, которые воспринимают свет и в конечном итоге передают то, что мы видим, в мозг.

"Мы хотели использовать клетки из этих органоидов в качестве запасных частей для тех же типов клеток, которые были потеряны в ходе заболеваний сетчатки", - говорит Дэвид Гамм, профессор офтальмологии из UW-Madison и директор Института глазных исследований Макферсона, в лаборатории которого были разработаны органоиды. "Но после того, как их выращивали в лабораторной посуде в течение нескольких месяцев в виде компактных кластеров, оставался вопрос: будут ли клетки вести себя соответствующим образом после того, как мы их разделим? Ведь это ключевой момент для введения их в глаз пациента".

В 2022 году Гамм и его коллеги из UW-Madison опубликовали исследования, показывающие, что выращенные на блюде клетки сетчатки, называемые фоторецепторами, реагируют на различные длины волн и интенсивность света, как клетки здоровой сетчатки, и что после отделения от соседних клеток в органоиде они могут тянуться к новым соседям с помощью характерных биологических шнуров, называемых аксонами.

"Последней частью головоломки было выяснить, способны ли эти шнуры подключаться к другим типам клеток сетчатки, чтобы общаться", - говорит Гамм, чьи новые результаты об успешных связях между клетками будут опубликованы на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Клетки сетчатки и мозга общаются через синапсы - крошечные промежутки на концах их связей. Чтобы подтвердить, что выращенные в лаборатории клетки сетчатки способны заменить больные клетки и передавать сенсорную информацию, как здоровые, исследователям нужно было показать, что они могут создавать синапсы.

Синьюй Чжао, профессор неврологии UW-Madison и соавтор нового исследования, работал с клетками лаборатории Гамма, чтобы помочь изучить их способность формировать синаптические связи. Для этого они использовали модифицированный вирус бешенства, чтобы определить пары клеток, которые могут образовывать средства для связи друг с другом.

Исследовательская группа, включая аспирантов и соавторов Эллисон Людвиг и Стивена Майерла, разделила органоиды сетчатки на отдельные клетки, дала им неделю на то, чтобы вытянуть свои аксоны и создать новые связи, подвергла их воздействию вируса, а затем взглянула на них. Они увидели множество клеток сетчатки, отмеченных флуоресцентным цветом, указывающим на то, что вирус бешенства заразил одну из них через синапс, успешно сформированный между соседями.

"Мы собирали эту историю в лаборатории по кусочкам, чтобы укрепить уверенность в том, что мы движемся в правильном направлении", - говорит Гамм, который запатентовал органоиды и стал соучредителем компании Opsis Therapeutics из Мэдисона, которая адаптирует технологию для лечения заболеваний глаз человека на основе открытий UW-Madison. "Все это в конечном итоге ведет к клиническим испытаниям на людях, которые являются очевидным следующим шагом".

После подтверждения наличия синаптических связей исследователи проанализировали задействованные клетки и обнаружили, что наиболее распространенными типами клеток сетчатки, образующими синапсы, являются фоторецепторы - палочки и колбочки, которые теряются при таких заболеваниях, как пигментный ретинит и возрастная макулярная дегенерация, а также при некоторых травмах глаза. Следующий наиболее распространенный тип клеток, ганглиозные клетки сетчатки, дегенерируют при заболеваниях зрительного нерва, таких как глаукома.

"Это было важным открытием для нас", - говорит Гамм. "Это действительно показывает, какое потенциально широкое влияние могут оказать эти органоиды сетчатки".