Im menschlichen Auge gibt es drei Arten von Zapfenzellen, die das Farbsehen regulieren und rotes, blaues oder grünes Licht wahrnehmen. Es ist jedoch wenig darüber bekannt, wie diese spezialisierten Zellen in den Augen eines wachsenden Fötus entstehen. Forscher haben jedoch kürzlich einen Einblick in diese Formungsmechanismen gegeben, indem sie Organoide - sehr kleine, primitive Organe - gezüchtet haben, die aus Augenzellen bestehen, damit sie die Zellen beobachten können, während sie sich entwickeln.
Obwohl die winzigen Organoide nicht wie voll ausgebildete Augen aussahen, enthielten sie Photorezeptoren, die auf Licht reagierten, und die Zellen (und ihre Gene) verhielten sich immer noch wie Zapfenzellen in einem menschlichen Auge. Bemerkenswerterweise organisierten sich die farbempfindlichen Zellen im im Labor gezüchteten Augengewebe wie diese Zellen in einem Fötus, wobei zuerst blaulichtempfindliche Kegelzellen auftauchten, gefolgt von Zellen, die rotes und grünes Licht erfassen. Experimente mit diesen Zellen boten einen ersten Einblick in die Mechanismen, die unser einzigartiges Farbsehen erzeugen, berichteten die Wissenschaftler in einer neuen Studie.
Es war bereits bekannt, dass sich blaue Kegelzellen vor ihren roten und grünen Nachbarn entwickeln. Es sei jedoch unklar, warum sie in dieser Reihenfolge auftraten und was die Zellen dazu veranlasste, "diese Schicksale" als blau, rot oder grün zu wählen, sagte die leitende Studienautorin Kiara Eldred, Doktorandin am Department of Biology der Johns Hopkins University (JHU). in Maryland.
"Wir waren uns nicht sicher, was diese Zellen in einem Entwicklungskontext dazu veranlasste, sich voneinander zu unterscheiden", sagte Eldred gegenüber Live Science.
Die Wissenschaftler wiesen Stammzellen an, Augengewebe zu werden, aber genau welche Art von Augengewebe wird von den Zellen selbst bestimmt, sagte der Co-Autor der Studie, Robert Johnston Jr., ein Assistenzprofessor am JHU Department of Biology.
"Sie entwickeln sich einfach und wachsen als Netzhaut in einer Schale", sagte Johnston gegenüber Live Science.
Da die Forscher wollten, dass ihre wachsenden Miniaugen dem gleichen Zeitplan folgen wie die Augen eines Fötus im Mutterleib, überwachten sie neun Monate lang die Entwicklung des Netzhautgewebes.
Darüber hinaus deuteten frühere Untersuchungen an Mäusen und Zebrafischen darauf hin, dass das Schilddrüsenhormon dazu beitrug, die Entwicklung von Zellen auszulösen, die mit dem Farbsehen verbunden sind, sagte Eldred. Um dies zu testen, verwendeten die Wissenschaftler das Gen-Editing-Tool CRISPR, um die Rezeptoren der Zapfenzellen für das Hormon zu manipulieren und zu sehen, wie dies ihre Wachstumsmuster verändern würde.
Sie fanden heraus, dass die Spiegel eines Schilddrüsenhormons, die in verschiedenen Stadien der Augenentwicklung vorhanden waren, eine große Rolle bei der Gestaltung der Identität der Zellen spielten. Als die Forscher die Rezeptoren für das Hormon deaktivierten, züchteten sie Mini-Augen, die nur blau wahrnehmende Zellen hatten und nur blaues Licht sehen konnten. Und als sie die Organoide zu Beginn des Wachstumsprozesses mit zusätzlichem Schilddrüsenhormon überfluteten - bevor sich blaue Zellen bilden konnten - entwickelten sich alle Farbzellen rot und grün, berichteten die Forscher.
"Das sagte uns, dass wir den Mechanismus so gut verstanden haben, dass wir menschliche Netzhautzellen in einer Schale wachsen lassen konnten, und wir konnten ihnen sagen, welche Art von Zellen wir herstellen wollten", sagte Johnston gegenüber Live Science.
Zusätzlich zur Aufdeckung der Geheimnisse des Farbsehens könnte sich im Labor gewachsenes Augengewebe als nützlich erweisen, um andere Aspekte des Sehens zu untersuchen, die für den Menschen einzigartig sind, und Einblicke in die Behandlung von Blindheit und Glaukom geben, sagte Johnston.
Die Ergebnisse wurden heute (11. Oktober) online in der Zeitschrift Science veröffentlicht.
