Je fascinující, čeho všeho lze dnes dosáhnout v rámci experimentování v laboratoři. Vědci tak například v roce 2021 vypěstovali z kmenových buněk malé zárodky mozkových tkání. O to větší překvapení pak pokus poskytl po čase, když si tyto miniaturní orgány spontánně vyvinuly rudimentární oční struktury.
Na drobných organoidech mozku odvozených od lidských orgánů, které byly pěstovány na Petriho miskách, byl pozorován vznik dvou oboustranně symetrických očních pohárků, které zrcadlí vývoj očních struktur u lidských embryí. Neuvěřitelný výsledek pokusu pak vědcům umožnil lépe pochopit proces diferenciace a vývoje oka i příčiny vzniku některých dosud nepříliš probádaných očních chorob.
Za vším stojí kmenové buňky
Mozkové organoidy nejsou skutečné mozky, jak si je možná představujete. Jsou to malé trojrozměrné struktury vypěstované z indukovaných pluripotentních kmenových buněk. Ty byly původně odebrány dospělým lidem a následně byly zpětně upraveny na kmenové buňky, které mají potenciál vyrůst v mnoho různých typů tkání. V rámci studie, které se věnuje i tento článek, pak byly pluripotentní buňky přeměněny právě na mozkovou tkáň. Na rozdíl od plnohodnotných orgánů pak nebyly tyto organoidy schopny ničeho podobného jako myšlení, emoce či vědomí, a sloužily tak výhradně k vědeckým účelům. Umožnily tak takové typy experimentů, které by na živoucí lidské tkáni byly buď úplně neproveditelné, nebo by byly přinejmenším považovány za neetické.
Studie našla inspiraci v jednom z dřívějších výzkumů, kdy vědci použili embryonální kmenové buňky k pěstování optických pohárků, struktur, z nichž se během embryonálního vývoje vyvíjí téměř celá oční koule. Místo přímého pěstování těchto smyslových orgánů však chtěli autoři práce z roku 2021 zjistit, zda-li je lze pěstovat jako integrovanou součást mozkových organoidů. Cílem výzkumu tak bylo odhalit, jak oba typy tkání vzájemně spolupracují a komunikují.
Pátrání po tvorbě sítnice a hledání příčin jejích onemocnění
„Vývoj oka je složitý proces a jeho pochopení by mohlo umožnit objasnit molekulární podstatu raných onemocnění sítnice,“ napsali vědci ve svém článku.
Předchozí práce na vývoji organoidů ukázaly, že se v nich sice objevily buňky sítnice, ale nevyvinuly se v nich optické struktury, a proto tým změnil přístup k celému procesu. Namísto snahy vy vynutit vývoj čistě nervových buněk v raných fázích nervové diferenciace a do kultivačního média přidali vědci do buněčného koktejlu acetát retinolu jako podporu vývoje oka.
Zárodky orgánů byly komplexnější, než vědci původně čekali
Pečlivě ošetřované miniaturní mozky si vytvořily optické pohárky již po 30 dnech vývoje, přičemž struktury byly jasně viditelné po 50 dnech. To odpovídá načasování vývoje oka u lidského embrya, což znamená, že tyto organoidy by mohly být vhodnými živými modely pro studium složitostí tohoto procesu. Vzniklé optické pohárky pak dokonce obsahovaly různé typy buněk sítnice, které se uspořádaly do nervových sítí reagujících na světlo. Navíc obsahovaly i tkáně čočky a rohovky, a prokazatelně pak vytvořily i nervové spojení sítnice a mozkové tkáně.
Experiment navíc dosáhl požadované míry reprodukovatelnosti, a sice 73 % z celkových 314 pokusů. Studie tak má potenciál k dalšímu rozšíření v podobě prodloužení životaschopnosti těchto struktur v delším časovém horizontu pro provádění hlubšího a detailnějšího výzkumu.
Zdroje:
https://www.cell.com/cell-stem-cell/pdfExtended/S1934-5909(21)00295-2
https://medicalxpress.com/news/2021-08-brain-organoids-optic-cups.html
