Окрашивание H&E сетчатки плода человека на 18-й неделе развития, демонстрирующее пространственное распределение и потенциал дифференцировки стволовых клеток сетчатки человека в цилиарной краевой зоне. Фото: Цзяньчжун Су, Государственная ключевая лаборатория здоровья глаз, глазная больница, Медицинский университет Вэньчжоу Источник
Медицинский университет Вэньчжоу и сотрудничающие с ним учреждения выявили популяцию стволовых клеток сетчатки глаза человека, способных восстанавливать ткани сетчатки и поддерживать восстановление зрения.
Потеря зрения, вызванная дегенерацией сетчатки, затрагивает миллионы людей по всему миру. Такие заболевания, как пигментный ретинит и возрастная макулярная дегенерация, приводят к необратимой потере светочувствительных нервных клеток сетчатки. Хотя современные методы лечения могут замедлить прогрессирование, они не заменяют повреждённую ткань.
На протяжении десятилетий учёные изучали, можно ли использовать стволовые клетки для регенерации сетчатки, но существование настоящих стволовых клеток сетчатки у людей оставалось под вопросом. У рыб и земноводных на внешнем крае сетчатки находятся стволовые клетки, которые непрерывно регенерируют ткани. Вопрос о том, существует ли аналогичная система в человеческом глазу, обсуждается уже более двух десятилетий.
В исследовании «Идентификация и характеристика стволовых клеток сетчатки человека, способных к регенерации сетчатки», опубликованном в Science Translational Medicine, исследователи использовали методы одноклеточной и пространственной транскриптомики для изучения наличия и идентификации стволовых клеток сетчатки у людей.
Исследователи изучили ткань сетчатки плода человека от четырёх доноров на 21-й неделе беременности, используя пространственную транскриптомику и секвенирование отдельных ядер для идентификации и локализации типов клеток в сетчатке.
Исследователи проанализировали экспрессию генов и доступность хроматина, чтобы выявить популяции со свойствами, подобными свойствам стволовых клеток. Дополнительные образцы, взятые у доноров на сроке от 16 до 22 недель беременности, были использованы для подтверждения локализации этих клеток в периферической сетчатке.
В периферической сетчатке плода человека была обнаружена особая популяция стволовых клеток нервной ткани сетчатки. Расположенные в цилиарной краевой зоне, эти клетки демонстрировали молекулярные признаки, свидетельствующие о способности к самообновлению и дифференцировке во все основные типы клеток сетчатки. Похожие клетки появлялись в той же анатомической области органоидов сетчатки с перекрывающимися профилями экспрессии генов.
Иммуноокрашивание срезов органоидов сетчатки на 40-й день после трансплантации, демонстрирующее различные типы клеток сетчатки. Фото: Цзяньчжун Су, Государственная ключевая лаборатория здоровья глаз, офтальмологическая клиника, Медицинский университет Вэньчжоу
После повреждения органоидов стволовые клетки мигрировали в повреждённую область и вырабатывали новые клетки сетчатки. Активность генов в процессе восстановления соответствовала закономерностям, наблюдаемым при естественном развитии плода.
В мышиной модели наследственной дегенерации сетчатки пересаженные клетки оставались жизнеспособными в течение 24 недель. Донорские клетки интегрировались в сетчатку хозяина, развивались в зрелые типы клеток сетчатки и образовывали связи с соседними клетками. У животных, прошедших лечение, структура сетчатки улучшилась, а зрительные реакции стали сильнее по сравнению с контрольной группой.
Стволовые клетки сетчатки человека продемонстрировали способность к регенерации тканей и восстановлению зрительной функции как в тканях плода, так и в моделях органоидов сетчатки. Как в моделях повреждений, так и в экспериментах по трансплантации клетки продемонстрировали способность восстанавливать структуру сетчатки и улучшать зрительную функцию.
После трансплантации клетки оставались жизнеспособными в течение как минимум 24 недель, дифференцировались в фоторецепторы, ганглиозные клетки и биполярные клетки и формировали функциональные синапсы с тканью хозяина. У мышей, получивших лечение, улучшилась морфология сетчатки и зрительные функции в нескольких контрольных точках. После трансплантации не наблюдалось внутриглазных опухолей.
По сравнению с ранее изученными клетками-предшественниками сетчатки эта популяция продемонстрировала более широкую способность к дифференцировке и более длительную жизнеспособность. Пересаженные клетки способствовали формированию структуры сетчатки и восстанавливали зрительную функцию у мышей без побочных эффектов.
Результаты показывают, что органоиды сетчатки могут служить источником стволовых клеток человека для будущих исследований и разработки терапевтических методов. Для оценки безопасности, иммунологической совместимости и эффективности на моделях, более близких к человеческим заболеваниям, потребуются дальнейшие исследования.