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科学家揭秘:让你看见颜色的细胞是这么长出来的

2018-10-14 6:34:21来源:网易科技作者:小小责编:马卡评论:

10月14日消息,据福布斯杂志报道,约翰霍普金斯大学的科学家们培育出了简化版的人类视网膜,这些视网膜看起来似乎可以在培养皿中重现人类身体器官的发育过程,证实了甲状腺激素在引导光探测锥状光感受器细胞变成蓝觉细胞、红觉/绿觉细胞中的作用。今天发表的一项新研究,提出了一种针对有某些视力问题的早产儿的潜在治疗方法。

图:发育291天的视网膜类器官,其中红色和绿色锥状光感受器呈现绿色,蓝色锥状光感受器呈现蓝色,而棒状光感受器呈现红色

研究人类如何在子宫内的发育非常困难。这个过程发生在黑暗的地方,与外界隔绝。科学家们无法轻易地从发育中的胎儿身上获取组织样本,并将这些样本带回实验室仔细检查,以找出促使发育发生的生物机制和分子。而像老鼠这样的动物与人类发育还不太一样。因此,有些科学家已经开始使用所谓的类器官(organoid),即诱导人类细胞从干细胞成长为微小的、简化的模型器官,以此研究人类的发育过程。

约翰霍普金斯大学生物学助理教授罗伯特·约翰斯顿(Robert Johnston)在2012年看到有关视网膜类器官的数据时,他始终在研究果蝇眼睛中的光探测细胞(或称为光感受器)是如何发育的。他回忆道:“我们必须把这个系统推进到以前没有人达到过的地方,并在更长的时间里培育类器官。”

约翰斯顿的实验室今天发表在《科学》(Science)杂志上的一项研究,描述了在6个月到1年的时间里培育视网膜类器官的实验。约翰斯顿说:“这为研究人类生物学开辟了一条不同的途径。”

在早期,随着视网膜的发育,准锥状光感受器必须成为两种类型的细胞之一:一种能够检测蓝光,另一种仍然具有灵活性,可以稍后成为一种能够检测红光或绿光的细胞。约翰斯顿的团队,包括主要作者和研究生基拉拉·埃尔德雷德(Kiara Eldred),专注于研究组成视网膜类器官的细胞中蓝色或红色/绿色的传感切点。

他们发现消除细胞中的甲状腺激素受体会导致微型视网膜只能由感知蓝光的锥细胞组成。而添加更多的甲状腺激素,则会导致视网膜由红觉/绿觉细胞组成。约翰斯顿说,在没有人为干扰的时候,最初所有的细胞都是蓝觉细胞,直到“几乎像计时器的机制响起”,其余的细胞就会变成红觉/绿觉细胞。甲状腺激素的存在似乎在逆转这一趋势。

但是这些类器官生长的培养皿中并没有微量甲状腺激素,在大多数实验中,科学家们也没有自己添加这种激素。那么,在成年人中调节新陈代谢的激素是如何决定发育的呢?约翰斯顿说:“视网膜本身控制着甲状腺激素的水平,以决定你是获得蓝觉细胞还是红觉/绿觉细胞,它自身的酶可以分解液体中存在的少量甲状腺激素类有机物。”

华盛顿大学生物结构教授托马斯·雷(Thomas Reh)说,这项工作在很大程度上测试了在老鼠身上发现的锥细胞的发育模型,并发现了人类细胞中的一个关键区别。雷的论文描述了老鼠的发育过程。在老鼠体内,只涉及到一种甲状腺激素受体,但在人类中则是两种。托马斯表示:“目前尚不清楚为什么会存在这种差异,但在理解老鼠和人类的另一个重要区别——视网膜中央凹(fovea)时,它可能具有重要意义。视网膜中央凹是视网膜的一部分,是锥状光感受器的所在地和视野的中心。”

托马斯指出,视网膜类器官不会发育出视网膜中央凹,因为它远小于人类视网膜,也不会发育成视网膜中的其他细胞类型,甲状腺激素水平的变化可能与视网膜发育是完全不同的实验。

类器官可能是研究人类胎儿组织发育的一个新方向,但它们还没有完全消除争议。约翰斯顿的论文中的许多类器官是由胚胎干细胞形成的,还有些则是由成人诱导多能干细胞形成的。约翰斯顿说,现在,有好几种胚胎干细胞可以用于研究,而新的干细胞还没有被制造出来。

约翰斯顿的实验室目前正在开发一种能够模拟黄斑变性的视网膜类器官,黄斑变性是导致视力丧失的主要原因,黄斑是视网膜中包含视网膜中央凹的部分,在这种情况下黄斑受损,也许还能找到修复的方法。从短期来看,今天发表的研究成果暗示了一种可能的治疗方法,可以治疗那些甲状腺激素水平较低、色觉障碍率较高的早产儿。

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关键词:细胞

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