człowiek
Autor: Yoshiki Sasai | dodano: 2012-11-20
Jak zrobić oko

Biolodzy nakłonili hodowane komórki do ułożenia się w funkcjonalną siatkówkę – wytwarzanie narządów zastępczych na zewnątrz ciała staje się coraz bardziej realne.

Zagnieżdżony w macicy zarodek to zaledwie grudka identycznych komórek. Ale już od pierwszych tygodni ciąży zaczynają się one różnicować w rozmaite komórki potomne, zestawiają stopniowo w coraz bardziej zorganizowane struktury, by w końcu utworzyć pełną paletę narządów ludzkiego organizmu. Proces ten postępuje zgodnie z wewnętrznym biologicznym scenariuszem, który steruje formowaniem każdej bruzdy i fałdu w warstwach tkanek tak, by uzyskały odpowiedni kształt i wymiary.

Naukowców zawsze fascynowała ta progresja od prostych części do złożonego systemu. Wielu z nich wprawia ona w niemy zachwyt i motywuje do prób odtworzenia przynajmniej jej wczesnych etapów na laboratoryjnej szalce. Celem jest lepsze zrozumienie biologii procesu i wykorzystanie tej wiedzy w praktyce do naprawiania lub zastępowania uszkodzonych tkanek w żywym organizmie. Wizja ta powoli zaczyna się materializować. Ostatnie osiągnięcia w badaniach nad zawiłościami rozwoju sprawiły, że perspektywa laboratoryjnego uzyskiwania całych narządów nadających się do przeszczepiania ludziom wydaje się odległa o najwyżej 10 lat.

Łatwo mi podzielać ten optymizm, gdy patrzę na wyniki prac swojego zespołu. Dowodzą one, że komórki macierzyste – te, które różnicują się w najrozmaitsze inne typy komórek – mogą w hodowli wytworzyć siatkówkę, strukturę kluczową w procesie widzenia. Przekształca ona impulsy świetlne z zewnętrznego świata na sygnały elektryczne i chemiczne, przesyłane do ośrodków w mózgu. (W innych doświadczeniach udało się nam natomiast uzyskać tkankę kory mózgu oraz część przysadki.) Wykorzystaliśmy pogłębiającą się znajomość systemów sygnalizacyjnych organizmu do nakłonienia cienkiej warstwy niepowiązanych ze sobą komórek, rosnących na szalce Petriego, by uformowały wyodrębnione, trójwymiarowe struktury. W istocie zabrały się one, wsłuchując się w dostarczane przez nas sygnały chemiczne, do zbudowania własnej siatkówki. Jest więc nadzieja, że pewnego dnia siatkówki uzyskane tą metodą posłużą do leczenia poważnych schorzeń oka, w tym zwyrodnienia plamki żółtej.

gdy rozpoczynaliśmy próby wyhodowania siatkówki, naszym celem było po prostu zbadanie, jak ona powstaje. Wiedzieliśmy, że wywodzi się z części mózgu zwanej międzymózgowiem. We wczesnym okresie rozwoju zarodkowego z wypustek międzymózgowia powstają balonowate struktury zwane pęcherzykami wzrokowymi. Następnie część ich powierzchni się wpukla, tworząc kielichy oczne, które ostatecznie przekształcą się w siatkówkę.

Od ponad 100 lat biolodzy dyskutowali możliwe mechanizmy formowania się kielichów ocznych i do dziś problem ten zajmuje badaczy rozwoju mózgu. Jedna ze spornych kwestii dotyczy roli sąsiednich struktur, soczewki i rogówki. Niektórzy utrzymują, że to soczewka mechanicznie wpycha siatkówkę do środka, inni twierdzą, że kielich formuje się bez pomocy z zewnątrz.

Postępowy dryf

wiarygodna obserwacja rozwoju żywego organizmu nie jest łatwa, więc jakieś 10 lat temu mój zespół zdecydował się sprawdzić, czy nie lepsze wyniki dałoby badanie izolowanego rozwoju oka – czyli umieszczenie grupy macierzystych komórek zarodkowych (ES – embryonic stem cells) na płytce hodowlanej, potraktowanie ich substancjami o znanej roli w kierowaniu rozwojem oka i podpatrzenie, co się stanie. ES to najbardziej niedojrzałe komórki, jakie istnieją – ale też z nich właśnie wywodzą się wszystkie części naszego ciała.

Nie znano wówczas żadnych metod wytwarzania narządów z komórek zarodkowych w hodowli. Próbowano co prawda osiedlać je na sztucznych rusztowaniach ukształtowanych jak części ciała, które chciano uzyskać (na przykład pęcherz moczowy albo przełyk), ale ze zmiennym powodzeniem. Dlatego zdecydowaliśmy się na inną drogę. Jako preludium w 2000 roku opracowaliśmy metodę pozwalającą przekształcać komórki ES w neurony rozmaitych typów. Następnie umieściliśmy na szalce hodowlanej jedną warstwę komórek ES wraz z warstwą komórek je odżywiających (które przekazują im sygnały chemiczne pobudzające do różnicowania ze stanu macierzystego). Wiedzieliśmy, że taka płaska warstwa nie odzwierciedla trójwymiarowości ludzkiego narządu, ale interesowało nas, czy własna sygnalizacja komórek ES wystarczy, by pobudzić wytwarzanie szczególnych typów neuronów charakterystycznych dla wczesnych etapów rozwoju oka.

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 12/2012 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
11/2017
10/2017 - specjalny
Kalendarium
Listopad
18
W 1897 r. urodził się Patrick Maynard Stuart Blackett, brytyjski fizyk, laureat Nagrody Nobla.
Warto przeczytać
Odkrycia Svante Pääbo zrewolucjonizowały antropologię i doprowadziły do naniesienia poprawek w naszym drzewie genealogicznym. Stały się fundamentem, na którym jeszcze przez długie lata budować będą inni badacze

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Yoshiki Sasai | dodano: 2012-11-20
Jak zrobić oko

Biolodzy nakłonili hodowane komórki do ułożenia się w funkcjonalną siatkówkę – wytwarzanie narządów zastępczych na zewnątrz ciała staje się coraz bardziej realne.

Zagnieżdżony w macicy zarodek to zaledwie grudka identycznych komórek. Ale już od pierwszych tygodni ciąży zaczynają się one różnicować w rozmaite komórki potomne, zestawiają stopniowo w coraz bardziej zorganizowane struktury, by w końcu utworzyć pełną paletę narządów ludzkiego organizmu. Proces ten postępuje zgodnie z wewnętrznym biologicznym scenariuszem, który steruje formowaniem każdej bruzdy i fałdu w warstwach tkanek tak, by uzyskały odpowiedni kształt i wymiary.

Naukowców zawsze fascynowała ta progresja od prostych części do złożonego systemu. Wielu z nich wprawia ona w niemy zachwyt i motywuje do prób odtworzenia przynajmniej jej wczesnych etapów na laboratoryjnej szalce. Celem jest lepsze zrozumienie biologii procesu i wykorzystanie tej wiedzy w praktyce do naprawiania lub zastępowania uszkodzonych tkanek w żywym organizmie. Wizja ta powoli zaczyna się materializować. Ostatnie osiągnięcia w badaniach nad zawiłościami rozwoju sprawiły, że perspektywa laboratoryjnego uzyskiwania całych narządów nadających się do przeszczepiania ludziom wydaje się odległa o najwyżej 10 lat.

Łatwo mi podzielać ten optymizm, gdy patrzę na wyniki prac swojego zespołu. Dowodzą one, że komórki macierzyste – te, które różnicują się w najrozmaitsze inne typy komórek – mogą w hodowli wytworzyć siatkówkę, strukturę kluczową w procesie widzenia. Przekształca ona impulsy świetlne z zewnętrznego świata na sygnały elektryczne i chemiczne, przesyłane do ośrodków w mózgu. (W innych doświadczeniach udało się nam natomiast uzyskać tkankę kory mózgu oraz część przysadki.) Wykorzystaliśmy pogłębiającą się znajomość systemów sygnalizacyjnych organizmu do nakłonienia cienkiej warstwy niepowiązanych ze sobą komórek, rosnących na szalce Petriego, by uformowały wyodrębnione, trójwymiarowe struktury. W istocie zabrały się one, wsłuchując się w dostarczane przez nas sygnały chemiczne, do zbudowania własnej siatkówki. Jest więc nadzieja, że pewnego dnia siatkówki uzyskane tą metodą posłużą do leczenia poważnych schorzeń oka, w tym zwyrodnienia plamki żółtej.

gdy rozpoczynaliśmy próby wyhodowania siatkówki, naszym celem było po prostu zbadanie, jak ona powstaje. Wiedzieliśmy, że wywodzi się z części mózgu zwanej międzymózgowiem. We wczesnym okresie rozwoju zarodkowego z wypustek międzymózgowia powstają balonowate struktury zwane pęcherzykami wzrokowymi. Następnie część ich powierzchni się wpukla, tworząc kielichy oczne, które ostatecznie przekształcą się w siatkówkę.

Od ponad 100 lat biolodzy dyskutowali możliwe mechanizmy formowania się kielichów ocznych i do dziś problem ten zajmuje badaczy rozwoju mózgu. Jedna ze spornych kwestii dotyczy roli sąsiednich struktur, soczewki i rogówki. Niektórzy utrzymują, że to soczewka mechanicznie wpycha siatkówkę do środka, inni twierdzą, że kielich formuje się bez pomocy z zewnątrz.

Postępowy dryf

wiarygodna obserwacja rozwoju żywego organizmu nie jest łatwa, więc jakieś 10 lat temu mój zespół zdecydował się sprawdzić, czy nie lepsze wyniki dałoby badanie izolowanego rozwoju oka – czyli umieszczenie grupy macierzystych komórek zarodkowych (ES – embryonic stem cells) na płytce hodowlanej, potraktowanie ich substancjami o znanej roli w kierowaniu rozwojem oka i podpatrzenie, co się stanie. ES to najbardziej niedojrzałe komórki, jakie istnieją – ale też z nich właśnie wywodzą się wszystkie części naszego ciała.

Nie znano wówczas żadnych metod wytwarzania narządów z komórek zarodkowych w hodowli. Próbowano co prawda osiedlać je na sztucznych rusztowaniach ukształtowanych jak części ciała, które chciano uzyskać (na przykład pęcherz moczowy albo przełyk), ale ze zmiennym powodzeniem. Dlatego zdecydowaliśmy się na inną drogę. Jako preludium w 2000 roku opracowaliśmy metodę pozwalającą przekształcać komórki ES w neurony rozmaitych typów. Następnie umieściliśmy na szalce hodowlanej jedną warstwę komórek ES wraz z warstwą komórek je odżywiających (które przekazują im sygnały chemiczne pobudzające do różnicowania ze stanu macierzystego). Wiedzieliśmy, że taka płaska warstwa nie odzwierciedla trójwymiarowości ludzkiego narządu, ale interesowało nas, czy własna sygnalizacja komórek ES wystarczy, by pobudzić wytwarzanie szczególnych typów neuronów charakterystycznych dla wczesnych etapów rozwoju oka.