Nature熱點(diǎn)關(guān)注：用干細(xì)胞培育人眼前體

日期：2012-06-18 07:55:30

來(lái)自日本神戶理化研究所發(fā)育生物學(xué)研究中心（CBD）的干細(xì)胞生物學(xué)家Yoshiki Sasai在體外模擬哺乳動(dòng)物器官發(fā)育的努力獲得了讓人“大開(kāi)眼界”的成功，他在實(shí)驗(yàn)室中培育出了人眼前體。

這種稱(chēng)之為視杯（optic cup）的結(jié)構(gòu)直徑為550微米，包含多層視網(wǎng)膜細(xì)胞其中包括光感受器（photoreceptor）。這一成果為人們帶來(lái)了希望有一天醫(yī)生或許能夠在診所里修復(fù)受損的眼睛。Sasai在上周報(bào)告了他的研究發(fā)現(xiàn)，然而對(duì)于參與日本橫濱年度干細(xì)胞研究國(guó)際協(xié)會(huì)會(huì)議的研究人員而言，最令人興奮的事情是在沒(méi)有Sasai和研究小組干預(yù)的情況下視杯形成了其結(jié)構(gòu)。

英國(guó)劍橋大學(xué)干細(xì)胞研究中心主任Austin Smith說(shuō)：“它的結(jié)構(gòu)真的不同尋常。”

直到近期，干細(xì)胞生物學(xué)家們都只能夠?qū)⑴咛ジ杉?xì)胞培育出二維薄片。然而在過(guò)去的4年里，Sasai利用小鼠胚胎干細(xì)胞培育出了組織良好的三維結(jié)構(gòu)，如大腦皮層、腦下垂體和視杯組織。他的最新成果標(biāo)志著首次有人用人類(lèi)細(xì)胞取得了類(lèi)似的壯舉。

常見(jiàn)的模式

人類(lèi)視杯各部分基本上是以與小鼠視杯中那些相同的順序生長(zhǎng)。這再次證實(shí)了一個(gè)生物學(xué)教訓(xùn)：這種復(fù)合物形成的指令是來(lái)自細(xì)胞內(nèi)，而非依賴(lài)外部的觸發(fā)。

在Sasai的實(shí)驗(yàn)中，視網(wǎng)膜前體細(xì)胞自發(fā)地形成了一個(gè)上皮組織細(xì)胞球，然后向外凸起形成了眼泡（eye vesicle）。這一柔韌的結(jié)構(gòu)隨后自身折疊形成了一個(gè)小袋，生成了視杯，這種視杯具有外壁（視網(wǎng)膜上皮）以及包含光感受器、雙極細(xì)胞和神經(jīng)節(jié)細(xì)胞等多層視網(wǎng)膜細(xì)胞的內(nèi)壁。Sasai 說(shuō)：“這解決了一個(gè)長(zhǎng)期的爭(zhēng)議即視杯的發(fā)育是受到內(nèi)部還是外部指令的驅(qū)動(dòng)。”

人類(lèi)和小鼠視杯發(fā)育過(guò)程的時(shí)間上存在一些細(xì)微的差異。但是最大的不同在于大小：人類(lèi)視杯的直徑大小鼠2倍，體積大10倍。“它大且厚，”Sasai說(shuō)。與在體內(nèi)結(jié)構(gòu)發(fā)育中看到的那些相似，其比值非常的顯著。“大小是細(xì)胞固有的，這一事實(shí)非常的有趣，”洛杉磯南加州大學(xué)干細(xì)胞生物學(xué)家Martin Pera說(shuō)。

以眼還眼

這一成果有可能對(duì)臨床造成很大的變化。科學(xué)家們不斷地在移植細(xì)胞中取得成功：上個(gè)月，倫敦大學(xué)學(xué)院的一個(gè)研究小組證實(shí)干細(xì)胞衍生的光感受器移植能夠恢復(fù)小鼠的視力。但是移植只涉及桿狀光受體，而不包括錐形光受體，只能讓受者看到模糊的圖像。Sasai有組織的分層結(jié)構(gòu)使得整合的光感受器組織有望在某天獲得移植。這一發(fā)育過(guò)程還適用于治療特殊疾病，構(gòu)建的組織材料可用于移植和凍存。

Sasai強(qiáng)調(diào)視杯中的細(xì)胞是“純”的，不同于二維聚集體中的那些細(xì)胞可能仍然包含胚胎干細(xì)胞。這樣減少了那樣的細(xì)胞移植可能形成癌性生長(zhǎng)或無(wú)關(guān)組織碎片的憂慮。“這就像從一棵樹(shù)上拽下一個(gè)蘋(píng)果，你不會(huì)期望內(nèi)面生長(zhǎng)有鐵，你沒(méi)有更多的理由預(yù)期在這些眼睛中長(zhǎng)出骨來(lái)，”Sasai說(shuō)。

理化研究所發(fā)育生物學(xué)研究中心的眼科醫(yī)生Masayo Takahashi已經(jīng)開(kāi)始將來(lái)自這一視杯的視網(wǎng)膜薄層移植到小鼠。她計(jì)劃在今年年底用猴子完成同樣的試驗(yàn)。最大的問(wèn)題是移植的組織將是否會(huì)整合到天然組織中。

臨床醫(yī)生和干細(xì)胞生物學(xué)家也會(huì)想知道重復(fù)Sasai的成功到底有多么容易。一些與會(huì)人員曾經(jīng)嘗試用人類(lèi)細(xì)胞再現(xiàn)Sasai的小鼠實(shí)驗(yàn)，但沒(méi)有獲得成功。“我們需要知道它是如何的功能強(qiáng)大，多么具有可重現(xiàn)性，”Smith說(shuō)。