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生物学家从零开始培育人类视网膜组织,以了解让我们看到颜色的细胞是如何形成的。
 
这项工作可能为治疗色盲和黄斑变性等眼病打下基础。它还建立了实验室创造的“器官”——人工培养的器官组织——作为研究人类细胞水平发展的模型。
 
约翰·霍普金斯大学的发育生物学家罗伯特·约翰斯顿说:“我们(在视网膜器官中)检查的所有东西看起来都像一只正常发育的眼睛,只是生长在一个培养皿中。”“你有一个不用直接研究人类就能操作的模型系统。”
 
干细胞的命运
 
约翰斯顿的实验室探索了细胞的命运是如何决定的——子宫内发生了什么将发育中的干细胞转变成具有特定功能的细胞。在视网膜研究中,他和他的团队专注于让人们看到蓝色、红色和绿色的细胞的发展——人眼中的三个锥体光感受器。培训沐鸣代理
 
虽然大多数视觉研究都是在老鼠和鱼身上进行的,但这两种动物都不像人类那样拥有活跃的日间视觉和色觉。因此,约翰斯顿的团队从干细胞中创造出了他们所需要的人眼组织。
 
“三原色色觉使我们有别于大多数其他哺乳动物,”该研究的主要作者、研究生Kiara Eldred说。“我们的研究是试图弄清楚这些细胞是通过什么途径让我们拥有这种特殊的颜色视觉。”
 
几个月后,当这些细胞在实验室中生长并发育成成熟的视网膜组织时,研究小组发现蓝探测细胞先出现,然后是红、绿探测细胞。他们发现,在这两种情况下,分子转换的关键是甲状腺激素的涨落。重要的是,甲状腺,当然不在实验皿中,并不能控制这种激素的水平,但是眼部组织可以。
 
一旦研究人员了解甲状腺激素的数量决定细胞是否成为蓝色或红色和绿色的受体,他们可以操纵的结果,造成视网膜,如果他们被人类眼睛看到了一个完整的一部分只有蓝色,和其他人,发现绿色和红色。
 
洞察远见
 
甲状腺激素对于产生红绿视锥细胞至关重要,这一发现为我们提供了一个深入的了解,即为什么在缺乏母体供应的情况下,甲状腺激素水平降低的早产儿,视力障碍的发生率更高。
 
埃尔德雷德说:“如果我们能找到导致细胞死亡的原因,我们就更接近于能够恢复受损光感受器的人的色觉。”“这是一个非常美丽的问题,无论是视觉上还是智力上——是什么让我们看到颜色?”
 
这些发现是实验室的第一步。在未来,研究人员希望利用类器官来了解更多关于颜色视觉的知识,以及视网膜其他区域(如黄斑)形成的机制。由于黄斑变性是导致人们失明的主要原因之一,了解如何长出新的黄斑可以用于临床治疗。
 
约翰斯顿说:“令人兴奋的是,我们的工作建立了人体类器官作为研究人体发育机制的模型系统。”“真正挑战极限的是,这些类器官需要九个月的时间来发育,就像人类婴儿一样。”所以我们真正研究的是胎儿发育。”
 
这项研究发表在《科学》杂志上。培训沐鸣代理
 
参与这项工作的其他研究人员来自约翰霍普金斯大学;加州大学圣地亚哥分校(University of California, San Diego)的希利眼科研究所(Shiley Eye Institute);以及美国国立卫生研究院。
 
皮尤慈善信托基金、霍华德休斯医学研究所、美国国家科学基金会和美国国立卫生研究院资助了这项研究。