科学家利用人体干细胞在实验室成功培育光敏感视网膜

坤明

凤凰科技讯 北京时间6月12日消息，科学日报报道，近日美国约翰霍普金斯大学的研究人员表示，他们利用一种人体干细胞在实验室内创造了人类视网膜组织的三维补充物，视网膜组织包含功能性感光细胞，能够对光做出反应，然后将它转化为视觉图像。
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$ p" v2 [% o$ S# t3 b2 E这些是在实验室内利用人体iPS细胞培育的“微型视网膜”里的视网膜圆柱细胞。
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0 [: Y$ e; }& w; o: r8 e2 h3 p“我们在培养皿上创造了一种微型人类视网膜，它不仅具有视网膜的组织架构，还具有感光的能力，”研究带头人、约翰霍普金斯大学医学院的眼科学副教授M·瓦莱里娅·坎托-索莱尔（M. Valeria Canto-Soler）博士这样说道。她表示这项研究“为拯救视觉的研究提供了机会，可能最终会促进帮助患有视网膜疾病的病人恢复视力的技术的发展。”9 n( l! A+ d% H- z% @1 H( i, I

8 t& M" C& M# T0 l与人体内的很多过程一样，视觉取决于很多不同类型的细胞相互合作，也就是将光转换为某些大脑能够识别为图像的过程。坎托-索莱尔警告称光感受器只是复杂的眼睛-大脑处理视觉的一部分，她的实验室并未再造人眼的所有功能以及人眼与大脑视觉皮质的联系。“我们实验室内创造的视网膜是否能够产生视觉信号并被大脑解译为图片？或许不能，但至少目前是个好的开始。”
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' h! y: P3 _# \' e3 m这一成就产生于利用人类诱导多能干细胞（iPS）进行的实验，它最终可能实现基因工程的视网膜细胞移植，后者可以中止甚至逆转病人逐渐失明的过程，研究人员这样说道。iPS细胞是成年细胞，它能够被基因重组而回到最原始的状态。在合适的环境下，它们可以发展成为人体内大多数甚至全部的200种细胞类型。在这项研究里，约翰霍普金斯大学的研究人员将它转化为视网膜前体细胞，从而形成排列在眼睛后方的光敏感视网膜组织。/ h1 o. @7 q1 i. G' l- b! ]- P  i
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通过利用一种简单直接的技术以促进视网膜前体细胞的生长，坎托-索莱尔和她的研究小组发现视网膜细胞和组织在皮氏培养皿上生长，坎托-索莱尔实验室里的博士后研究员钟秀峰（Xiufeng Zhong）博士这样说道。据称，这种组织的生长与子宫内胎儿的视网膜发展的时序和持续时间相对应。此外，光感受器足够成熟能够发展出外节——一种保证光感受器正常功能的至关重要的结构。
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视网膜组织是非常复杂的，由7种主要的细胞类型组成，包含六种神经元，所有的都有组织的形成特定细胞层用于吸收和处理光，也就是“看见”，然后将这些视觉信号传输给大脑进行解译。这种实验室内培养的视网膜再造了人类视网膜的三维结构。“我们知道如果想要复制视网膜的功能性特征，3D微孔结构是必不可少的。” 坎托-索莱尔说道。“但当我们开始这项工作时，我们并未预想干细胞几乎能够自我生长形成视网膜。在我们的系统里，细胞似乎知道该怎么做。”
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7 i% q4 V% A' z$ Z: I. G9 ?! }当视网膜组织的发展处于相当于子宫胎儿第28周的阶段时，也就是具有相对成熟的光感受器，研究人员测试了这些微型视网膜以调查光感受器是否能够感知光并将其转化为视觉信号。他们将电极插入单个光感受器细胞里并向细胞发射一个光脉冲，前者以一定的生化模式做出了反应，类似于人体内的光感受器暴露在光下的行为相似。值得一提的是，实验室培养的光感受器对光做出的反应与视网膜圆柱细胞的反应方式一样。人体视网膜包含两个光感受器细胞，名为视网膜圆柱细胞和视锥细胞。人体内大量光感受器都是圆柱细胞，它保证了低光环境里的视觉。约翰霍普金斯大学的研究人员培育的视网膜主要是圆柱细胞。! V# x0 k7 c2 e: ^7 v
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坎托-索莱尔表示最新研发的系统使得他们能够从患有特定视网膜疾病的病患，例如视网膜色素变性(retinitis pigmentosa)，提取干细胞并一次性培养上百个微型视网膜。这提供了独特的生物系统，使得科学家们能够从人体组织，而非依赖动物模型里直接研究视网膜疾病的成因。这一系统还开启了个体化医疗的可能性，例如测试药物并以病患特异的方式治疗这些疾病。从长远来看，这一系统的潜力还在于能够用实验室培育的材料取代病态的或者死亡的视网膜组织从而恢复视力。% t- [8 ^6 p% t; O5 K' a" s9 V3 ?
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这项研究被发表在6月10日的期刊《自然通信》上。（编译/严炎刘星）