Хвороби, що викликають сліпоту, призводять до постійної втрати зору через пошкодження фоторецепторних клітин, які людина не може відновити природним шляхом. Поки дослідники працюють над новими методами заміни або регенерації цих клітин, ключовим питанням є те, чи можуть ці регенеровані фоторецептори повністю відновити зір.

Тепер команда дослідників під керівництвом професора Майкла Бренда з Центру регенеративної терапії Дрездена (CRTD) Дрезденського технологічного університету зробила важливий крок вперед. Вивчаючи рибку даніо, тварину, яка від природи здатна до регенерації фоторецепторів, команда показала, що регенеровані фоторецептори такі ж хороші, як і оригінальні, і відновлюють свою нормальну функцію, дозволяючи рибі повністю відновити зір.

Їхні результати, опубліковані в журналі Developmental Cell, пропонують багатообіцяюче розуміння майбутнього терапії заміщення фоторецепторів.

Зір – це складне відчуття, яке залежить від сітківки. Ця складна нервова тканина в задній частині наших очей насправді є зовнішньою частиною мозку. Це місце, де фоторецепторні клітини вловлюють світло та перетворюють його на електричні сигнали. У людей ці фоторецептори не замінюються після пошкодження. Після втрати вони не відновлюються, що призводить до незворотної втрати зору.

Терапія, яка наразі розробляється, в тому числі в CRTD у Дрездені, спрямована на заміну пошкоджених фоторецепторів людини та відновлення зору шляхом стимуляції стовбурових клітин сітківки до розвитку нових фоторецепторів або трансплантації фоторецепторів, вирощених поза тілом.

На відміну від людей, рибки даніо мають чудову здатність відновлювати частини нервової системи навіть після серйозних пошкоджень. Риби даніо можуть відрощувати фоторецептори зі спеціальних стовбурових клітин, розташованих у сітківці, відомих як глія Мюллера. Ця унікальна здатність робить рибку даніо ідеальною моделлю для вивчення потенціалу відновлення зору шляхом регенерації фоторецепторів.

«Сітківка ссавців, включаючи сітківку людини, має дуже схожі клітини глії Мюллера. Однак наші клітини втратили здатність до регенерації в ході еволюції. Однак, оскільки ці клітини дуже схожі, можливо, можливо відродити цей потенціал регенерації для терапевтичного застосування у майбутньому, – говорить професор Майкл Бренд, керівник дослідницької групи в CRTD, який керував дослідженням, – Однак дуже важливо визначити, чи можуть такі нові фоторецепторні клітини функціонувати так само ефективно, як оригінальні».

Виконання неможливих вимірювань

Дослідники давно знають, що рибки даніо можуть відновлювати пошкоджену сітківку, при цьому нові фоторецептори виглядають ідентичними оригінальним. Різні групи, включаючи групу професора Бренда, розробили поведінкові тести, які підтвердили, що риби відновили зір після регенерації. Але ці тести не могли безпосередньо оцінити ступінь відновлення функції фоторецепторів.

«Єдиний комплексний тест, щоб побачити, чи повністю відновився зір, — це пряме вимірювання електрофізіологічної активності клітин сітківки. Чи фоторецептори правильно стимулюються різними кольорами світла? Чи вони однаково електрично активні? Чи вони пов’язані з Чи всі типові схеми задіяні?» – каже професор Бранд.

Щоб відповісти на ці запитання, команда Бранда використала генетично модифіковану рибку даніо, яка дозволила їм використовувати високоякісну мікроскопію для відстеження активності фоторецепторів у синапсі фоторецепторів, тобто безпосередньо там, де фоторецептори з’єднуються з іншими нервовими клітинами та передають електричний сигнал.

Однак тестування функції регенерованих фоторецепторів виявилося серйозною технічною проблемою. Фоторецептори перетворюють світло в електричні сигнали. Але використання світла для спостереження клітин під мікроскопом одночасно стимулює їх. Цю технічну складність здавалося майже неможливою подолати.

Однак за допомогою професора Тома Бадена з Університету Сассекса в Брайтоні, Великобританія, та доктора Хелли Хартманн, керівника відділу світлової мікроскопії в Центрі молекулярної та клітинної біоінженерії в TUD, вдалося створити індивідуальний мікроскоп це дозволило команді відокремити стимуляцію від спостереження та вимірювання для різних кольорів світла та подолати цю технічну перешкоду.

Використовуючи цю розширену спеціальну установку, команда Brand могла показати, що регенеровані фоторецептори справді відновлюють свою нормальну фізіологічну функцію. Вони реагують на світло з різною довжиною хвилі, передають електричний сигнал сусіднім клітинам і роблять це з тією ж чутливістю, якістю та швидкістю, що й вихідні фоторецептори в непошкодженій сітківці.

Надія на майбутнє

«Відновлення всіх цих аспектів функції фоторецепторів разом із нашою попередньою роботою з відновлення поведінки, що контролює зір, підтвердило на молекулярному рівні, що риба може знову повністю «бачити», — говорить професор Бранд.

«Люди та риби мають спільне еволюційне походження та спільні більшість генів і типів клітин. Тому ми сподіваємося, що люди зможуть навчитися цьому «трюку регенерації» у рибки даніо.

«Важливо відзначити, що на даному етапі наша робота є класичним фундаментальним дослідженням. До застосування в клініці ще дуже далеко. Однак ми зможемо досягти такої функціональної регенерації зі стовбурових клітин, які вже знаходяться в людській сітківці потенційно може зробити революцію у лікуванні захворювань, які зараз не піддаються лікуванню, таких як пігментний ретиніт або дегенерація жовтої плями.

Оригінальне дослідження було опубліковане в журналі Developmental Cell 19 серпня 2024 року.