Учёные из Университета Джонса Хопкинса выяснили, как ещё до рождения у человека формируется острое центральное зрение. Оказалось, что ключевую роль играет точно рассчитанное взаимодействие между веществом, образующимся из витамина А, и гормонами щитовидной железы.
Открытие ставит под сомнение объяснение, которого специалисты придерживались около 30 лет. В будущем результаты могут помочь в разработке методов лечения дегенерации жёлтого пятна, глаукомы и других заболеваний, повреждающих зрение.
Исследование провели на выращенных в лаборатории тканях сетчатки. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Учёные использовали органоиды — небольшие скопления клеток, которые воспроизводят некоторые особенности настоящей сетчатки. Наблюдая за ними в течение нескольких месяцев, исследователи проследили, как формируется фовеола — крошечная область в самом центре сетчатки, обеспечивающая наиболее чёткое зрение.
Именно эта часть глаза одной из первых страдает при дегенерации жёлтого пятна. Руководитель исследования Роберт Джонстон считает, что подробное понимание её развития поможет создавать более точные модели сетчатки. В перспективе такие ткани можно будет выращивать и пересаживать, чтобы восстанавливать утраченное зрение.
Основное внимание исследователи уделили колбочкам — светочувствительным клеткам, благодаря которым человек видит цвета и хорошо различает предметы при дневном освещении.
Колбочки бывают трёх типов: синие, зелёные и красные. Каждый из них реагирует на определённые длины световых волн. Хотя фовеола занимает лишь небольшую часть сетчатки, с ней связано около половины всего зрительного восприятия человека.
При этом устройство фовеолы необычно. В остальных областях сетчатки присутствуют все три типа колбочек, а в её центре находятся только красные и зелёные.
До сих пор учёные не могли точно объяснить, как возникает такое расположение. Изучать этот процесс сложно, поскольку у мышей, рыб и других распространённых лабораторных животных фоторецепторы формируются иначе, чем у людей.
Новая работа показала, что рисунок колбочек создаётся в несколько этапов ещё на ранних стадиях развития плода.
Примерно на 10–12-й неделях в формирующейся фовеоле появляется небольшое количество синих колбочек. Однако к 14-й неделе эти же клетки превращаются в красные и зелёные.
Исследователи обнаружили два связанных механизма. Сначала в тканях уменьшается количество ретиноевой кислоты — вещества, образующегося из витамина А. Из-за этого прекращается появление новых синих колбочек.
После этого в действие вступают гормоны щитовидной железы. Они заставляют оставшиеся синие колбочки менять свою специализацию и становиться красными или зелёными.
По словам Джонстона, присутствие синих колбочек в центре фовеолы ухудшало бы качество зрения. Поэтому сначала ретinoевая кислота формирует первоначальную схему, а затем гормоны щитовидной железы завершают преобразование клеток.
Раньше считалось, что синие колбочки появляются в центре сетчатки, а затем перемещаются к её краям. Предполагалось, что каждая клетка заранее получает определённый тип и сохраняет его навсегда.
Новые данные указывают на другой сценарий. Возможно, синие колбочки никуда не перемещаются, а остаются на месте и постепенно превращаются в красные и зелёные.
Исследователи пока не могут полностью исключить прежнюю теорию. Однако результаты экспериментов лучше соответствуют модели, согласно которой клетки способны со временем менять свою специализацию.
В дальнейшем это открытие может пригодиться при лечении потери зрения. Команда продолжает совершенствовать органоиды, чтобы они всё точнее воспроизводили работу человеческой сетчатки.
Такие модели могут помочь выращивать здоровые фоторецепторы для клеточной терапии. Предполагается, что новые клетки можно будет вводить в глаз, где они смогут встроиться в сетчатку и потенциально восстановить часть утраченного зрения.
Исследователи подчёркивают, что до применения этого метода в клиниках ещё далеко. Сначала необходимо улучшить технологию и подтвердить её безопасность и эффективность. Тем не менее учёные считают клеточную замену реальным направлением для дальнейшей работы.
