科學(xué)家揭秘：讓你看見顏色的細(xì)胞是怎么長(zhǎng)出來(lái)的

    網(wǎng)易科技訊 10月14日消息，據(jù)福布斯雜志報(bào)道，約翰霍普金斯大學(xué)的科學(xué)家們培育出了簡(jiǎn)化版的人類視網(wǎng)膜，這些視網(wǎng)膜看起來(lái)似乎可以在培養(yǎng)皿中重現(xiàn)人類身體器官的發(fā)育過(guò)程，證實(shí)了甲狀腺激素在引導(dǎo)光探測(cè)錐狀光感受器細(xì)胞變成藍(lán)覺細(xì)胞、紅覺/綠覺細(xì)胞中的作用。今天發(fā)表的一項(xiàng)新研究，提出了一種針對(duì)有某些視力問(wèn)題的早產(chǎn)兒的潛在治療方法。

圖：發(fā)育291天的視網(wǎng)膜類器官，其中紅色和綠色錐狀光感受器呈現(xiàn)綠色，藍(lán)色錐狀光感受器呈現(xiàn)藍(lán)色，而棒狀光感受器呈現(xiàn)紅色

    研究人類如何在子宮內(nèi)的發(fā)育非常困難。這個(gè)過(guò)程發(fā)生在黑暗的地方，與外界隔絕。科學(xué)家們無(wú)法輕易地從發(fā)育中的胎兒身上獲取組織樣本，并將這些樣本帶回實(shí)驗(yàn)室仔細(xì)檢查，以找出促使發(fā)育發(fā)生的生物機(jī)制和分子。而像老鼠這樣的動(dòng)物與人類發(fā)育還不太一樣。因此，有些科學(xué)家已經(jīng)開始使用所謂的類器官（organoid），即誘導(dǎo)人類細(xì)胞從干細(xì)胞成長(zhǎng)為微小的、簡(jiǎn)化的模型器官，以此研究人類的發(fā)育過(guò)程。

    約翰霍普金斯大學(xué)生物學(xué)助理教授羅伯特·約翰斯頓(Robert Johnston)在2012年看到有關(guān)視網(wǎng)膜類器官的數(shù)據(jù)時(shí)，他始終在研究果蠅眼睛中的光探測(cè)細(xì)胞(或稱為光感受器)是如何發(fā)育的。他回憶道：“我們必須把這個(gè)系統(tǒng)推進(jìn)到以前沒(méi)有人達(dá)到過(guò)的地方，并在更長(zhǎng)的時(shí)間里培育類器官。”

    約翰斯頓的實(shí)驗(yàn)室今天發(fā)表在《科學(xué)》(Science)雜志上的一項(xiàng)研究，描述了在6個(gè)月到1年的時(shí)間里培育視網(wǎng)膜類器官的實(shí)驗(yàn)。約翰斯頓說(shuō):“這為研究人類生物學(xué)開辟了一條不同的途徑。”

    在早期，隨著視網(wǎng)膜的發(fā)育，準(zhǔn)錐狀光感受器必須成為兩種類型的細(xì)胞之一：一種能夠檢測(cè)藍(lán)光，另一種仍然具有靈活性，可以稍后成為一種能夠檢測(cè)紅光或綠光的細(xì)胞。約翰斯頓的團(tuán)隊(duì)，包括主要作者和研究生基拉拉·埃爾德雷德（Kiara Eldred），專注于研究組成視網(wǎng)膜類器官的細(xì)胞中藍(lán)色或紅色/綠色的傳感切點(diǎn)。

    們發(fā)現(xiàn)消除細(xì)胞中的甲狀腺激素受體會(huì)導(dǎo)致微型視網(wǎng)膜只能由感知藍(lán)光的錐細(xì)胞組成。而添加更多的甲狀腺激素，則會(huì)導(dǎo)致視網(wǎng)膜由紅覺/綠覺細(xì)胞組成。約翰斯頓說(shuō)，在沒(méi)有人為干擾的時(shí)候，初所有的細(xì)胞都是藍(lán)覺細(xì)胞，直到“幾乎像計(jì)時(shí)器的機(jī)制響起”，其余的細(xì)胞就會(huì)變成紅覺/綠覺細(xì)胞。甲狀腺激素的存在似乎在逆轉(zhuǎn)這一趨勢(shì)。

    但是這些類器官生長(zhǎng)的培養(yǎng)皿中并沒(méi)有微量甲狀腺激素，在大多數(shù)實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們也沒(méi)有自己添加這種激素。那么，在成年人中調(diào)節(jié)新陳代謝的激素是如何決定發(fā)育的呢？約翰斯頓說(shuō):“視網(wǎng)膜本身控制著甲狀腺激素的水平，以決定你是獲得藍(lán)覺細(xì)胞還是紅覺/綠覺細(xì)胞，它自身的酶可以分解液體中存在的少量甲狀腺激素類有機(jī)物。”

    華盛頓大學(xué)生物結(jié)構(gòu)教授托馬斯·雷(Thomas Reh)說(shuō)，這項(xiàng)工作在很大程度上測(cè)試了在老鼠身上發(fā)現(xiàn)的錐細(xì)胞的發(fā)育模型，并發(fā)現(xiàn)了人類細(xì)胞中的一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別。雷的論文描述了老鼠的發(fā)育過(guò)程。在老鼠體內(nèi)，只涉及到一種甲狀腺激素受體，但在人類中則是兩種。托馬斯表示：“目前尚不清楚為什么會(huì)存在這種差異，但在理解老鼠和人類的另一個(gè)重要區(qū)別——視網(wǎng)膜中央凹（fovea）時(shí)，它可能具有重要意義。視網(wǎng)膜中央凹是視網(wǎng)膜的一部分，是錐狀光感受器的所在地和視野的中心。”

    托馬斯指出，視網(wǎng)膜類器官不會(huì)發(fā)育出視網(wǎng)膜中央凹，因?yàn)樗h(yuǎn)小于人類視網(wǎng)膜，也不會(huì)發(fā)育成視網(wǎng)膜中的其他細(xì)胞類型，甲狀腺激素水平的變化可能與視網(wǎng)膜發(fā)育是*不同的實(shí)驗(yàn)。

    類器官可能是研究人類胎兒組織發(fā)育的一個(gè)新方向，但它們還沒(méi)有*消除爭(zhēng)議。約翰斯頓的論文中的許多類器官是由胚胎干細(xì)胞形成的，還有些則是由成人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞形成的。約翰斯頓說(shuō)，現(xiàn)在，有好幾種胚胎干細(xì)胞可以用于研究，而新的干細(xì)胞還沒(méi)有被制造出來(lái)。

    約翰斯頓的實(shí)驗(yàn)室目前正在開發(fā)一種能夠模擬黃斑變性的視網(wǎng)膜類器官，黃斑變性是導(dǎo)致視力喪失的主要原因，黃斑是視網(wǎng)膜中包含視網(wǎng)膜中央凹的部分，在這種情況下黃斑受損，也許還能找到修復(fù)的方法。從短期來(lái)看，今天發(fā)表的研究成果暗示了一種可能的治療方法，可以治療那些甲狀腺激素水平較低、色覺障礙率較高的早產(chǎn)兒。 

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