Βρείτε μας στο Google News. Πατήστε εδώ!Μέσα στο ανθρώπινο μάτι, ο αμφιβληστροειδής αποτελείται από διάφορους τύπους κυττάρων, συμπεριλαμβανομένων των φωτοϋποδοχέων που ανιχνεύουν το φως που ξεκινούν τον καταρράκτη των γεγονότων που οδηγούν στην όραση. Η βλάβη στους φωτοϋποδοχείς, είτε μέσω εκφυλιστικής νόσου είτε λόγω τραυματισμού, οδηγεί σε μόνιμη εξασθένηση της όρασης ή τύφλωση.
Ο David Gamm, διευθυντής του McPherson Eye Research Institute του UW-Madison και καθηγητής οφθαλμολογίας και οπτικών επιστημών, λέει ότι η θεραπεία αντικατάστασης βλαστοκυττάρων με χρήση φωτοϋποδοχέων που αναπτύσσονται στο εργαστήριο είναι μια πολλά υποσχόμενη στρατηγική για την καταπολέμηση της νόσου του αμφιβληστροειδούς. Η πρόκληση είναι ότι οι θεραπείες με βλαστοκύτταρα που στοχεύουν στην αντικατάσταση των φωτοϋποδοχέων πρέπει πρώτα να δοκιμαστούν σε ζώα. Δεδομένου ότι τα ανθρώπινα κύτταρα δεν είναι συμβατά με άλλα είδη και απορρίπτονται γρήγορα όταν μεταμοσχεύονται, είναι δύσκολο να εκτιμηθεί η δυναμική τους.
«Ο αμφιβληστροειδής του χοίρου και του ανθρώπου μοιράζονται πολλά βασικά χαρακτηριστικά, καθιστώντας τους χοίρους ιδανικούς για τη διαμόρφωση της ανθρώπινης νόσου του αμφιβληστροειδούς και τη δοκιμή οφθαλμικών θεραπειών», λέει ο Gamm. «Δοκιμάζοντας φωτοϋποδοχείς «ισοδύναμου ανθρώπου» σε χοίρους, μπορούμε να έχουμε μια καλύτερη αίσθηση του τι μπορούν να κάνουν αυτά τα κύτταρα εάν δεν προσβληθούν αμέσως από το ζώο ξενιστή».
Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Stem Cell Reports, το Gamm Lab συνεργάστηκε με ερευνητές στο Ινστιτούτο Έρευνας Morgridge για την ανάπτυξη οργανοειδών αμφιβληστροειδούς χοίρου που καλλιεργούνται στο εργαστήριο. Βρήκαν ότι οι φωτοϋποδοχείς που προέρχονται από χοίρο μοιράζονται πολλές ομοιότητες με αυτούς που παράγονται από ανθρώπινα οργανοειδή του αμφιβληστροειδούς.
«Είναι η πρώτη φορά που οι άνθρωποι έχουν φτιάξει οργανοειδή του αμφιβληστροειδούς χοίρου», λέει ο Kim Edwards, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Gamm Lab και συγγραφέας της μελέτης. «Και αυτή ήταν η πρώτη φορά που οι άνθρωποι έκαναν σύγκριση του ανθρώπου με ένα άλλο είδος οργανοειδών του αμφιβληστροειδούς». Τα οργανοειδή είναι μικρά σμήνη ιστών – περίπου στο μέγεθος μιας μεγάλης κεφαλής καρφίτσας – που αποτελούνται από εκατοντάδες χιλιάδες κύτταρα, τα οποία επιτρέπουν στους επιστήμονες να αναπαράγουν τις κυτταρικές αλληλεπιδράσεις και συνθήκες σε έναν ανθρώπινο ιστό ή όργανο, αλλά στο ελεγχόμενο περιβάλλον ενός πιάτου εργαστηρίου.
«Τα κύτταρα φωτοϋποδοχέα μέσα στα ανθρώπινα οργανοειδή μπορούν να ανταποκριθούν στο φως και να επικοινωνήσουν μεταξύ τους μέσω συναπτικών συνδέσεων», λέει ο Gamm. «Για να προσδιορίσουμε εάν μπορούν να συνδεθούν μέσα σε έναν κατεστραμμένο αμφιβληστροειδή και να αποκαταστήσουν την όραση, πρέπει να τα μεταμοσχεύσουμε και να τα δοκιμάσουμε σε χοίρους». Ο Edwards λέει ότι για να αποκτήσετε ποιοτικά οργανοειδή, είναι σημαντικό να ξεκινήσετε με ποιοτικά βλαστοκύτταρα. Συνεργάστηκαν με τον επίκουρο καθηγητή του Πανεπιστημίου του Κάλγκαρι Li-Fang “Jack” Chu, πρώην μεταδιδακτορικό στο εργαστήριο του Jamie Thomson στο Ινστιτούτο Morgridge, για να αποκτήσουν τα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα χοίρου.
«Ιστορικά, το Thomson Lab ήταν καλό στην κατασκευή πολυδύναμων βλαστοκυττάρων που προκαλούνται από τον άνθρωπο», λέει ο Ron Stewart, ερευνητής του Morgridge στην υπολογιστική βιολογία. “Αλλά αποδεικνύεται ότι η δημιουργία τους για επιπλέον είδη όπως οι χοίροι είναι πραγματικά πρόκληση. Ο Jack το κατάφερε και πρωτοπορεί με το νέο του εργαστήριο.” Μετά την επιτυχή παραγωγή πολυδύναμων βλαστοκυττάρων που προκαλούνται από χοίρο, η επόμενη πρόκληση ήταν να τα ενθαρρύνουμε να διαφοροποιηθούν σε κύτταρα αμφιβληστροειδούς.
Ο Edwards ξεκίνησε χρησιμοποιώντας το καθιερωμένο πρωτόκολλο ανθρώπινων οργανοειδών του Gamm Lab για να δει αν θα λειτουργούσε χρησιμοποιώντας βλαστοκύτταρα από χοίρους. Ο χρονισμός του πρωτοκόλλου βασίστηκε στην ανθρώπινη περίοδο κύησης των 40 εβδομάδων, αλλά παρατήρησαν ότι η εγκυμοσύνη ενός χοίρου είναι μόνο περίπου το μισό αυτής της διάρκειας. Λοιπόν, οι επιστήμονες σκέφτηκαν, τι θα συμβεί αν χρησιμοποιήσουμε το ίδιο πρωτόκολλο, αλλά μειώσουμε το χρονοδιάγραμμα στο μισό;
«Καταφέραμε να φτιάξουμε πολλά οργανοειδή αμφιβληστροειδούς από αυτό, κάτι που ήταν πραγματικά συναρπαστικό», λέει ο Edwards. «Είναι μια καλή απόδειξη της ιδέας για να δείξουμε ότι αν πρόκειται να διαφοροποιηθούμε σε έναν συγκεκριμένο τύπο κυττάρου, πρέπει πραγματικά να δώσουμε προσοχή στις διαφορές της κύησης και στις εγγενείς διαφορές μεταξύ των κυττάρων».
Χρησιμοποιώντας τεχνικές ανοσοκυτταροχημείας, χαρακτήρισαν πρωτεΐνες που σχετίζονται με συγκεκριμένα κύτταρα του αμφιβληστροειδούς που υπάρχουν σε πρώιμο στάδιο ανάπτυξης έναντι όψιμου σταδίου σε οργανοειδή μοντέλα χοίρου και ανθρώπου. Για να εμβαθύνει, το Gamm Lab συνεργάστηκε με την υπολογιστική βιολόγο Beth Moore στην Ομάδα Υπολογιστικής Βιολογίας Stewart στο Morgridge για να εξετάσει την έκφραση γονιδίων μέσα στα κύτταρα χρησιμοποιώντας αλληλουχία RNA μονοκυττάρου (RNA-seq).
“Έκαναν πολλά μαγικά χρησιμοποιώντας μονοκύτταρο RNA-seq – πράγματα που ούτε καν πιστεύαμε ότι ήταν δυνατά”, λέει ο Edwards. Τα οργανοειδή διαχωρίζονται σε μεμονωμένα κύτταρα και κάθε κύτταρο επισημαίνεται με έναν γραμμωτό κώδικα και προσδιορίζεται η αλληλουχία ξεχωριστά. Τα δεδομένα που συλλέγονται χρησιμοποιούνται στη συνέχεια για να ομαδοποιηθούν παρόμοια κύτταρα μαζί, δίνοντας σε βάθος εικόνα για τη φύση όλων των τύπων κυττάρων που βρίσκονται στο οργανοειδές, συμπεριλαμβανομένων των φωτοϋποδοχέων ράβδου και κώνου και άλλων κυτταρικών τύπων, όπως τα γαγγλιακά κύτταρα του αμφιβληστροειδούς.
«Είναι μια αμερόληπτη και πολύ περιεκτική άποψη για το ποια γονίδια εκφράζονται σε κάθε τύπο κυττάρου στο οργανοειδές», λέει ο Moore. “Είναι ένας διαφορετικός τύπος δείκτη από την ανοσοχημεία. Είναι ένας διαφορετικός τρόπος για να καταλήξουμε στο ίδιο συμπέρασμα για την αναγνώριση διαφορετικών τύπων κυττάρων.” Τόσο ο Έντουαρντς όσο και ο Μουρ έπρεπε να ξεπεράσουν τις προκλήσεις για να καταλήξουν σε αυτά τα συμπεράσματα.
