Le retine umane lab-generate rivelano le chiavi alla visione a colori

In un laboratorio della Johns Hopkins University, piccoli pezzi di occhi umani stanno crescendo in un piatto. Mentre la crescita dei globi oculari è una meraviglia tecnica in sé, questa creazione ha uno scopo più complesso. In un nuovo studio pubblicato sulla rivista Scienza, gli scienziati hanno generato questi organoidi per capire perché possiamo vedere i colori e imparare come aiutare le persone che non possono.

Quando si pensa ad un occhio, probabilmente pensano alla forma piena, a forma di bulbo - l'obiettivo, un'iride; il corpo vitreo. Questi organoidi retinici non sono così. Tecnicamente, sono retine cresciute da cellule staminali umane - globuli di tessuto bianco che si allineano nella parte posteriore dell'occhio.

Nello studio, pubblicato giovedì, la dottoressa Kiara Eldred della Johns Hopkins University e il suo team rivelano perché queste retine sono così importanti. Gli esseri umani hanno tre tipi di cellule che rilevano il colore, fotorecettori a forma di cono che percepiscono la luce rossa, verde o blu. Ma i meccanismi dietro perché questo non è stato pienamente compreso. Qui, il team ha scoperto che si sviluppano prima le cellule blu, poi le cellule rosse e verdi in seguito. Imparare la tempistica di queste formazioni cellulari era una scoperta nuova - e aveva senso, considerando che noi e altri primati abbiamo qualcosa chiamato visione a colori tricromatica.

"Come scienziato, penso che tu debba avere una passione per quello che stai facendo e una connessione con il tuo organismo", dice l'organista-ideatore Eldred Inverso. "Ho curato gli organoidi ogni giorno all'inizio e poi a giorni alterni con l'avanzare dell'età. In laboratorio, i miei coautori e io tutti i tipi di riferimento a loro come i nostri bambini perché dobbiamo prenderci cura di loro tutto il tempo."

"La maggior parte dei mammiferi può vedere solo in due spettri di colore - vedono solo blu e verde", spiega Eldred. "Possiamo vedere blu, verde e rosso. Grazie alla visione dei colori siamo in grado di ricevere molte informazioni dettagliate sul mondo che ci circonda."

Si ipotizza che i primati come gli scimpanzé e gli umani possano vedere il rosso perché l'abilità ha permesso ai primi ominidi di trovare frutta matura tra gli sfondi delle foglie verdi. Nel frattempo, altri mammiferi come cani e gatti vedono meno e meno colori.

La consapevolezza che qualcosa stava spingendo i tempi della crescita delle celle blu, rosse e verdi rappresentava anche un mistero: Quale meccanismo ha causato la creazione di questi tre tipi di cellule coniche? Per capirlo, dopo aver indirizzato le cellule staminali a diventare tessuto della retina - un processo in cui a volte gli scienziati finiscono per creare tessuto cerebrale e tessuto retinico perché, dopo tutto, i fotorecettori sono tecnicamente neuroni - i ricercatori hanno iniziato a testare una serie di geni coinvolti nella funzione dell'ormone tiroideo, che è coinvolto nella crescita e nella differenziazione cellulare.

Il lavoro precedente riguardante topi, pesci e visione del pollo suggeriva che quando la funzione dell'ormone tiroideo è bassa, emergono le cellule blu, e quando è alto, seguono le cellule rosse e verdi. Ciò risultò essere vero: usando CRISPR, i ricercatori hanno messo fuori uso il recettore per l'ormone tiroideo e creato organoidi retina con solo cellule blu. Quando hanno aggiunto l'ormone, hanno generato organoidi con solo cellule rosse e verdi.

Questo stava accadendo anche se la ghiandola tiroidea non era affatto coinvolta - gli unici elementi nel piatto erano gli organoidi della retina. Dopo aver esaminato quali geni si sono attivati ​​o disattivati ​​durante un anno di sviluppo di organoidi, hanno scoperto che la loro ipotesi era corretta: i geni che degradano l'ormone tiroideo erano in anticipo per produrre i globuli blu ei geni che attivano l'ormone tiroideo erano in seguito per creare il rosso e celle verdi.

Essenzialmente gli scienziati stavano facendo sì che gli organoidi diventassero daltonici in modi diversi. Ciò suggerisce che questa ricerca potrebbe essere utile nello sviluppo di trattamenti terapeutici per aiutare le persone daltoniche o che soffrono di degenerazione maculare, una malattia dell'occhio che causa la perdita della vista. Attualmente, ciò che gli scienziati fanno per aiutare con la degenerazione maculare è iniettare cellule staminali in retine che hanno una sorta di degenerazione. Tuttavia, l'efficacia di questo processo è stata imprevedibile. L'obiettivo ora è che, essendo in grado di dirigere il percorso di differenziazione delle cellule coniche, gli scienziati possono imparare come possono usare le cellule terapeuticamente.

"Speriamo che con la nostra ricerca, possiamo fornire informazioni ad altri ricercatori su come creare cellule coniche in modo specifico", afferma Eldred. "In esperimenti futuri possiamo forse prendere queste cellule, iniettarle, e molte di loro diventeranno fotorecettori che possono effettivamente fornire un trattamento rigenerativo. Ogni volta che vedo gli organoidi che scendono lungo il percorso corretto, è emozionante e affascinante ".