來自《自然》雜誌
一位幹細胞生物學家在他最近的體外模擬哺乳動物器官發育的嘗試中取得了令人矚目的成功。日本神戶理研發育生物學中心 (CBD) 的笹井芳樹在實驗室中培育出了人眼的先體。
這種結構被稱為視杯，直徑為 550 微米，包含多層視網膜細胞，包括感光細胞。這項成就為醫生未來在臨床上修復受損眼睛帶來了希望。但對於本週在在日本橫濱舉行的國際幹細胞研究學會年會上，笹井展示這項發現時，最令人興奮的是視杯的結構是在沒有笹井及其團隊指導的情況下自行形成的。
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英國劍橋大學幹細胞研究中心主任奧斯汀·史密斯說：“這種形態是真正非凡的。”
直到最近，幹細胞生物學家只能將胚胎幹細胞培育成二維薄片。但在過去的四年裡，笹井使用小鼠胚胎幹細胞培育出了組織良好的三維大腦皮層1、垂體2和視杯3組織。他最近的成果標誌著第一次有人使用人類細胞完成了類似的壯舉。
熟悉的模式
人眼視杯的各個部分生長順序與小鼠視杯中的順序基本相同。這再次證實了一個生物學道理：這種複雜結構的形成線索來自細胞內部，而不是依賴外部觸發因素。
在笹井的實驗中，視網膜前體細胞自發形成一個上皮組織細胞球，然後向外凸出形成一個稱為眼泡的氣泡。這個柔韌的結構然後向後摺疊自身，形成一個囊袋，從而形成視杯，外壁（視網膜色素上皮）和內壁由包括感光細胞、雙極細胞和神經節細胞在內的視網膜細胞層組成。笹井說：“這解決了關於視杯發育是由內部驅動還是外部驅動的長期爭論。”
人類和小鼠視杯的發育過程在時間上存在一些細微的差異。但最大的差異是尺寸：人類視杯的直徑是小鼠的兩倍以上，體積是小鼠的十倍。“它又大又厚，”笹井說。這些比例與體內結構發育中看到的比例相似，具有重要意義。“尺寸是細胞內在的這一事實非常有趣，”洛杉磯南加州大學的幹細胞生物學家馬丁·佩拉說。
以眼還眼
這項成就可能會在臨床上產生重大影響。科學家們在細胞移植方面取得了越來越多的成功：上個月，倫敦大學學院的一個研究小組表明，移植幹細胞來源的感光細胞可以挽救小鼠的視力4。但移植只涉及桿狀感光細胞，不涉及錐狀感光細胞，會導致接受者看到模糊的影像。笹井的有機分層結構為有一天可以移植整合的感光組織帶來了希望。發育過程也可以進行調整，以治療特定的疾病，並且可以建立組織庫存用於移植和冷凍。
笹井強調，視杯中的細胞是“純淨的”，與二維聚集體中的細胞不同，二維聚集體可能仍然含有胚胎幹細胞。這減少了對移植此類細胞可能發展成癌性生長或無關組織碎片的擔憂。“這就像從樹上摘下一個蘋果。你不會期望裡面長出鐵，”笹井說。“你沒有更多理由期望這些眼睛裡會長出骨頭。”
CBD 的眼科醫生高橋政代已經開始將來自這種視杯的視網膜薄片轉移到小鼠體內。她計劃在年底前對猴子做同樣的事情。最大的問題是移植的組織是否會整合到原生組織中。
臨床醫生和幹細胞生物學家也想知道複製笹井的成功有多容易。會議上的一些人已經嘗試過，但未能使用人類細胞重現笹井的小鼠實驗。“我們需要知道它有多穩健，有多可重複，”史密斯說。