اطلس با وضوح بالا توسعه شبکیه چشم انسان را نشان می دهد

چه نوع سلولی در کدام بافت انسانی و در کجا یافت می شود؟ کدام ژن ها در تک تک سلول ها فعال هستند و کدام پروتئین ها در آنجا یافت می شوند؟ پاسخ به این سؤالات و موارد دیگر باید توسط یک اطلس تخصصی ارائه شود – به ویژه اینکه چگونه بافت های مختلف در طول رشد جنینی شکل می گیرند و چه چیزی باعث بیماری می شود. هدف محققان در ساخت این اطلس، نه تنها بافتی که مستقیماً از انسان جدا شده است، بلکه ساختارهایی به نام ارگانوئیدها را نیز ترسیم می کنند. اینها توده های سه بعدی بافتی هستند که در آزمایشگاه کشت می شوند و به روشی مشابه اندام های انسان، اما در مقیاس کوچک رشد می کنند.

مزیت ارگانوئیدها این است که ما می توانیم در توسعه آنها مداخله کنیم و مواد فعال را روی آنها آزمایش کنیم که به ما امکان می دهد در مورد بافت سالم و همچنین بیماری ها اطلاعات بیشتری کسب کنیم.

باربارا تروتلین، استاد زیست شناسی رشد کمی، گروه علوم و مهندسی بیوسیستم، ETH زوریخ، بازل

برای کمک به تولید چنین اطلسی، تروتلین، همراه با محققان دانشگاه های زوریخ و بازل، اکنون رویکردی را برای جمع آوری و گردآوری اطلاعات زیادی درباره ارگانوئیدها و توسعه آنها ایجاد کرده است. تیم تحقیقاتی این رویکرد را برای ارگانوئیدهای شبکیه چشم انسان که از سلول های بنیادی مشتق شده بودند، به کار بردند.

بسیاری از پروتئین ها به طور همزمان قابل مشاهده هستند

در قلب روش هایی که دانشمندان برای رویکرد خود استفاده کردند، فناوری 4i بود: تصویربرداری ایمونوفلورسانس غیرمستقیم تکراری. این تکنیک تصویربرداری جدید می تواند چندین ده پروتئین را در یک بخش بافت نازک با وضوح بالا با استفاده از میکروسکوپ فلورسانس تجسم کند. فناوری 4i چند سال پیش توسط لوکاس پلکمانز، استاد دانشگاه زوریخ و یکی از نویسندگان این مطالعه که به تازگی در مجله علمی منتشر شده است، توسعه یافت. بیوتکنولوژی طبیعت. در این مطالعه است که محققان برای اولین بار از این روش برای ارگانوئیدها استفاده کردند.

به طور معمول، محققان از میکروسکوپ فلورسانس برای برجسته کردن سه پروتئین در یک بافت استفاده می‌کنند که هر کدام رنگ فلورسنت متفاوتی دارند. به دلایل فنی، رنگ آمیزی بیش از پنج پروتئین در یک زمان ممکن نیست. در فناوری 4i، از سه رنگ استفاده می‌شود، اما پس از اندازه‌گیری، از نمونه بافت شسته می‌شوند و سه پروتئین جدید رنگ‌آمیزی می‌شوند. این مرحله 18 بار توسط ربات انجام شد و در مجموع 18 روز طول کشید. در نهایت، یک کامپیوتر تصاویر منفرد را در یک تصویر میکروسکوپی ادغام می کند که در آن 53 پروتئین مختلف قابل مشاهده است. آنها اطلاعاتی در مورد عملکرد انواع سلول های فردی که شبکیه را تشکیل می دهند ارائه می دهند. به عنوان مثال میله ها، مخروط ها و سلول های گانگلیونی.

محققان این اطلاعات بصری پروتئین های شبکیه را با اطلاعاتی که بر اساس آن ژن ها در سلول های فردی خوانده می شود تکمیل کرده اند.

وضوح مکانی و زمانی بالا

دانشمندان تمام این تجزیه و تحلیل ها را بر روی ارگانوئیدهایی انجام دادند که در سنین مختلف و بنابراین در مراحل مختلف رشد بودند. به این ترتیب، آنها توانستند یک سری زمانی از تصاویر و اطلاعات ژنتیکی ایجاد کنند که کل رشد 39 هفته ای ارگانوئیدهای شبکیه را توصیف می کند. گری کمپ می گوید: “ما می توانیم از این سری زمانی استفاده کنیم تا نشان دهیم که چگونه بافت ارگانوئیدی به آرامی ساخته می شود، کدام انواع سلول ها در کجا تکثیر می شوند و چه زمانی، و سیناپس ها در کجا قرار دارند. این فرآیندها با فرآیندهای تشکیل شبکیه در طول رشد جنینی قابل مقایسه هستند.” استاد دانشگاه بازل و نویسنده ارشد این مطالعه.

محققان اطلاعات تصویر خود و یافته های بیشتر در مورد رشد شبکیه را در یک وب سایت در دسترس عموم منتشر کردند: EyeSee4is.

انواع بافت بیشتر برنامه ریزی شده است

دانشمندان تاکنون در حال بررسی چگونگی رشد شبکیه سالم بوده‌اند، اما در آینده امیدوارند با داروها یا تغییرات ژنتیکی رشد ارگانوئیدهای شبکیه را به طور عمدی مختل کنند. کمپ می‌گوید: «این به ما بینش جدیدی در مورد بیماری‌هایی مانند رتینیت پیگمانتوزا، یک بیماری ارثی که باعث می‌شود گیرنده‌های حساس به نور شبکیه چشم به تدریج تحلیل رفته و در نهایت منجر به نابینایی شود، به ما می‌دهد. محققان می‌خواهند دریابند که این فرآیند چه زمانی آغاز می‌شود و چگونه می‌توان آن را متوقف کرد.

تروتلین و همکارانش همچنین در حال کار بر روی اعمال رویکرد جدید نقشه برداری دقیق برای انواع بافت های دیگر، مانند بخش های مختلف مغز انسان و بافت های مختلف تومور هستند. گام به گام، این اطلسی ایجاد می کند که اطلاعاتی در مورد رشد ارگانوئیدها و بافت های انسانی ارائه می دهد.