Самостоятельное формирование глаза: Образование глазного бокала из эмбриональных стволовых клеток

Исследование из Центра биологии развития RIKEN (CDB) показывает, как мышиные эмбриональные стволовые клетки (ESCs) спонтанно формируют глазные бокалы — предшественники глаз. Отчёт об этой работе опубликован в Nature.

Ключевой вопрос эмбриологии: требуются ли для формирования сложных органов, таких как глаз, сигналы от соседних тканей, или этот процесс может происходить автономно. Команда под руководством Мотоцугу Эйраку использовала трёхмерную культуральную систему SFEBq (serum-free culture of embryoid body–like aggregates) для дифференцировки мышиных ESCs.

Результаты:

  • К 7-му дню культуры в среде с белками внеклеточного матрикса высокоэффективно формировались организованные эпителиальные предшественники сетчатки.
  • К 8-му дню появлялись структуры, похожие на глазной пузырёк, а к 10-му дню — двухслойные структуры, подобные глазному бокалу.
  • Внешний и внутренний слои этих структур экспрессировали гены пигментного эпителия и нейрональной сетчатки соответственно. Это произошло in vitro и в отсутствие каких-либо внешних источников сигналов (например, от хрусталика), что демонстрирует способность к самоорганизации.

Механизм формирования:

Многофотонная микроскопия выявила четырёхэтапную морфологическую перестройку. Ключевую роль играет снижение активности миозина в области эпителия, которая изгибается внутрь, что придаёт гибкость. Компьютерное моделирование показало, что процесс объясняется тремя силами:

  1. Потеря жёсткости в области эпителия.
  2. Апикальное сужение клеток в точках сгиба (на границе будущего пигментного эпителия и нейрональной области).
  3. Расширение поверхности ткани за счёт деления клеток.

Функциональность ткани:

Нейрональный слой, выделенный из полученного in vitro глазного бокала, в 3D-культуре созревал, активно делился и организовывался в шестислойную стратифицированную структуру, образующую синапсы и близко напоминающую постнатальную сетчатку.

Значение:

Как заявил руководитель лаборатории Ёсики Сасаи, работа разрешает вековую проблему эмбриологии, показывая, что предшественники сетчатки обладают врождённой способностью формировать сложную структуру глазного бокала. Это открывает новые пути для генерации организованных тканей из ES и iPS клеток, что может найти применение в регенеративной медицине, например, для лечения дегенеративных заболеваний сетчатки, таких как пигментный ретинит.