Mini mozgovi uzgojeni u laboratoriji iz matičnih ćelija spontano su razvili rudimentarne strukture oka, objavili su naučnici u fascinantnom radu 2021.
Na sićušnim, ljudskim organoidima mozga koji se uzgajaju u posudama, primećeno je da rastu dve bilateralno simetrične optičke čaše, odražavajući razvoj očnih struktura u ljudskim embrionima.
Ovaj neverovatan rezultat će nam pomoći da bolje razumemo proces diferencijacije i razvoja oka, kao i očne bolesti.
„Naš rad naglašava izuzetnu sposobnost moždanih organoida da generišu primitivne senzorne strukture koje su osetljive na svetlost i sadrže tipove ćelija slične onima koje se nalaze u telu“, rekao je neuronaučnik Džej Gopalakrišnan iz Univerzitetske bolnice u Dizeldorfu u Nemačkoj.
„Ovi organoidi mogu pomoći u proučavanju interakcija između mozga i oka tokom razvoja embriona, modeliranju urođenih poremećaja mrežnjače i generisanju specifičnih tipova retinalnih ćelija za pacijente za personalizovano testiranje lekova i transplantacione terapije.
Organoidi mozga nisu pravi mozgovi, kao što možda mislite o njima. To su male, trodimenzionalne strukture uzgojene iz indukovanih pluripotentnih matičnih ćelija – ćelija sakupljenih od odraslih ljudi i reverzno projektovanih u matične ćelije, koje imaju potencijal da prerastu u mnogo različitih tipova tkiva.
U ovom slučaju, ove matične ćelije se nagovaraju da prerastu u grudve moždanog tkiva, bez ičega što liči na misli, emocije ili svest.
Takvi ‘mini mozgovi’ se koriste u istraživačke svrhe gde bi korišćenje stvarnog živog mozga bilo nemoguće, ili u najmanju ruku, etički nezgodno – testiranje odgovora na lekove, na primer, ili posmatranje razvoja ćelija pod određenim nepovoljnim uslovima.
Ovog puta, Gopalakrišnan i njegove kolege su nastojali da posmatraju razvoj oka.
U prethodnim istraživanjima, drugi naučnici su koristili embrionalne matične ćelije za uzgoj optičkih čašica, struktura koje se razvijaju u skoro čitavu očnu kuglu tokom embrionalnog razvoja. I druga istraživanja su razvila strukture nalik optičkoj čaši od indukovanih pluripotentnih matičnih ćelija.
Umesto da direktno uzgaja ove strukture, Gopalakrišnanov tim je želeo da vidi da li se one mogu uzgajati kao integrisani deo moždanih organoida. Ovo bi dodalo prednost da se vidi kako dve vrste tkiva mogu rasti zajedno, a ne samo da rastu optičke strukture u izolaciji.
„Razvoj oka je složen proces i njegovo razumevanje bi moglo da omogući podupiranje molekularne osnove ranih bolesti mrežnjače“, napisali su istraživači u svom radu.
„Dakle, ključno je proučavati optičke vezikule koje su primordijum oka čiji je proksimalni kraj vezan za prednji mozak, neophodan za pravilno formiranje oka.“
Prethodni rad na razvoju organoida pokazao je dokaze o ćelijama retine, ali one nisu razvile optičke strukture, pa je tim promenio svoje protokole. Oni nisu pokušali da forsiraju razvoj čisto nervnih ćelija u ranim fazama neuralne diferencijacije, i dodali su retinol acetat u medijum kulture kao pomoć za razvoj oka.
Njihovi pažljivo održavani mozgovi beba formirali su optičke čašice već 30 dana u razvoju, sa jasno vidljivim strukturama nakon 50 dana. Ovo je u skladu sa vremenom razvoja oka u ljudskom embrionu, što znači da bi ovi organoidi mogli biti korisni za proučavanje zamršenosti ovog procesa.
Postoje i druge implikacije. Optičke čaše su sadržavale različite tipove ćelija mrežnjače, koje su se organizovale u neuronske mreže koje su reagovale na svetlost, pa čak i sadržavale sočiva i tkivo rožnjače. Konačno, strukture su pokazale povezanost mrežnjače sa regionima moždanog tkiva.
„U mozgu sisara, nervna vlakna ganglijskih ćelija mrežnjače dopiru da se povežu sa njihovim moždanim metama, što je aspekt koji nikada ranije nije bio prikazan u in vitro sistemu“, rekao je Gopalakrišnan.
I to je ponovljivo. Od 314 moždanih organoida koje je tim porastao, 73 odsto je razvilo optičke čaše. Tim se nada da će razviti strategije za održavanje ovih struktura održivim u dužim vremenskim skalama za obavljanje dubljeg istraživanja sa ogromnim potencijalom, rekli su istraživači.
„Moždani organoidi koji sadrže optičke vezikule i prikazuju visoko specijalizovane tipove neuronskih ćelija mogu se razviti, otvarajući put generisanju personalizovanih organoida i epitelnih ploča retine za transplantaciju“, napisali su u svom radu.
„Verujemo da su [ovo] organoidi sledeće generacije koji pomažu u modeliranju retinopatija koje proizlaze iz ranih neurorazvojnih poremećaja.“
