Z ľudských embryonálnych kmeňových buniek bola vypestovaná sietnica

Ľudské kmeňové bunky spontánne vytvárajú tkanivo, ktoré sa vyvíja do sietnice, tkaniva v oku, ktoré nám umožňuje vidieť, uvádza sa v článku publikovanom v časopise Cell Stem Cell. V budúcnosti by transplantácia tohto 3D tkaniva mohla pomôcť pacientom s problémami so zrakom.

„Toto je dôležitý míľnik v ďalšej fáze regeneratívnej medicíny,“ povedal vedúci štúdie, profesor Yoshiki Sasai, MD, PhD, riaditeľ skupiny pre organogenézu a neurogenézu v Centre pre vývojovú biológiu RIKEN v Japonsku. „Náš prístup otvára nové perspektívy využitia komplexných tkanív odvodených z ľudských kmeňových buniek na liečbu, ako aj pre medicínsky výskum súvisiaci s patogenézou a vývojom liekov.“

Počas vývoja sa sietnica – svetlocitlivé tkanivo, ktoré vystiela vnútro oka – formuje zo štruktúry známej ako optický pohár. V novej práci japonských výskumníkov sa táto štruktúra spontánne vytvorila z ľudských embryonálnych kmeňových buniek (hESC) – buniek odvodených z ľudských embryí, ktoré majú potenciál diferencovať sa do rôznych tkanív. Toto bolo možné vďaka technikám bunkových kultúr optimalizovaným profesorom Sasaiom a jeho tímom.

Bunky odvodené z HESC sa organizujú do pravidelnej trojrozmernej štruktúry s dvoma vrstvami optického pohára, z ktorých jedna obsahuje veľké množstvo svetlocitlivých buniek nazývaných fotoreceptory. Keďže degenerácia sietnice je primárne výsledkom poškodenia fotoreceptorov, tkanivo odvodené z hESC môže byť ideálnym transplantačným materiálom.

Výskum japonských vedcov nielenže otvára ďalšie perspektívy využitia kmeňových buniek v regeneratívnej medicíne, ale určite urýchli rozvoj takej oblasti prírodných vied, ako je vývojová biológia. Počas experimentov sa výskumníci presvedčili, že optický pohár vytvorený z ľudských embryonálnych kmeňových buniek je oveľa hrubší ako ten, ktorý bol vypestovaný z myších embryonálnych kmeňových buniek. Okrem toho obsahuje tyčinky aj čapíky, zatiaľ čo diferenciácia na čapíky sa v kultúre myších ESC pozoruje zriedkavo. To znamená, že embryonálne bunky nesú druhovo špecifické inštrukcie na vytvorenie tejto štruktúry oka.

„Naša štúdia otvára cestu k pochopeniu vývojových čŕt oka, ktoré sú špecifické pre ľudí a ktoré doteraz nebolo možné študovať,“ hovorí profesor Sasai.

Toto nie je prvý veľký úspech skupiny profesora Sasaiho. Koncom minulého roka vedci vypestovali funkčnú prednú hypofýzu (adenohypofýzu) z myších embryonálnych kmeňových buniek, ktorá pozostávala z niekoľkých rôznych typov buniek produkujúcich hormóny. Článok o výsledkoch tejto práce s názvom Samotvorba funkčnej adenohypofýzy v trojrozmernej kultúre bol publikovaný v časopise Nature.

Hypofýza je malá endokrinná žľaza v spodnej časti mozgu, ktorá produkuje niekoľko dôležitých hormónov. Je obzvlášť dôležitá počas raného vývoja a schopnosť napodobniť jej formovanie v laboratóriu pomôže vedcom lepšie pochopiť embryogenézu. Abnormality v hypofýze sa spájajú s poruchami rastu, ako je gigantizmus a problémy so zrakom vrátane slepoty.

Tento experiment by nebol možný bez 3D bunkovej kultúry. Hypofýza je samostatný orgán, ale jej vývoj vyžaduje chemické signály z oblasti mozgu priamo nad ňou, hypotalamu. V 3D kultúre boli vedci schopní pestovať dva typy tkaniva vedľa seba súčasne, čo viedlo k kmeňovým bunkám, ktoré sa po dvoch týždňoch samoorganizovali do hypofýzy.

Fluorescenčné farbenie ukázalo, že kultivované tkanivo hypofýzy exprimovalo príslušné biomarkery a vylučovalo hormóny typické pre prednú hypofýzu. Výskumníci zašli ešte o krok ďalej a testovali funkčnosť orgánov, ktoré syntetizovali, transplantáciou myšiam bez hypofýzy. Experimenty boli úspešné: bioinžiniermi upravené hypofýzy obnovili hladiny glukokortikoidných hormónov v krvi zvierat a eliminovali behaviorálne symptómy, ako je letargia. Stav myší s implantovanými štruktúrami vyrobenými z kmeňových buniek, ktoré neboli vystavené potrebným signálnym faktorom, a preto sa nestali funkčnou hypofýzou, sa nezlepšil.

Profesor Sasai a jeho kolegovia plánujú zopakovať experiment na ľudských kmeňových bunkách a veria, že táto práca bude trvať najmenej tri roky.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ]