Úton a laboratóriumban tenyésztett szem felé

A szervpótlás egy újabb ígéretes lehetőségét dolgozták ki japán kutatók. Laboratóriumi körülmények között sikerült egér embrionális sejtekből mesterséges retinát létrehozniuk. Ha az eljárást sikerül embereknél is alkalmazni, akkor az orvosok sokaknak adhatják vissza a látását.

A biológusok és a biomérnökök összefogása az elmúlt években új utakat tárt fel egy fiatal tudomány, az úgynevezett szövetépítés (tissue engineering) területén. A szövetépítés esetén nem mindig a teljes szerv, hanem csak a szövetek egy részének regenerációja, illetve mesterséges pótlása a cél, ami sokszor egyszerűbb feladat, mintha magát az egész szervet kellene kicserélni. Az utóbbi időben azonban jelentős előrelépés történt a teljes szervek létrehozása terén is.

Mesterséges szervek

A világon először 2006 áprilisában hoztak létre laboratóriumban növesztett mesterséges szervet. Anthony Atala (Wake Forest Egyetem) és munkatársai hét olyan gyermek hibásan működő húgyhólyagjából vettek sejteket, akik egyfajta komplex gerincvelői fejlődési rendellenességben (spina bifida) szenvedtek. A páciensek beteg húgyhólyagjából egy bélyeg méretű darabot távolítottak el, szaporítás után pedig egy korábban létrehozott, biológiai úton lebontható anyagokból álló, hólyag alakú szervkezdemény belső és külső felszínére vitték fel az izom-, illetve a hámsejteket. A néhány hetes növesztést követően a sejtekből vékony falú hólyagok jöttek létre, amelyeket a kutatók a betegek saját húgyhólyagjára illesztettek.

2009-ben újabb jelentős előrelépés történt a szervpótlás területén. Japán kutatóknak sikerült megvalósítaniuk, hogy háromdimenziós szervet - jelen esetben fogat - növesszenek a megfelelő anatómiai helyen. Etsuko Ikeda, a tokiói Szervtechnológiai Intézet és a csibai Tokió Tudományegyetem kutatója munkatársaival biomérnöki módszerekkel mesterséges fogcsírát állítottak elő patkányoknál, amelyből teljes értékű fog fejlődött.

A Nature legújabb számában talán még az eddigieknél is jelentősebb sikerről számoltak be. Szintén japán kutatók fölfedezték, hogy egér embrionális őssejtekből megfelelő körülmények között olyan szemkezdemény (szemkehely) alakul ki, amelyet működőképes retinasejtek borítanak. Ha az eljárást sikerül embernél is megvalósítani, akkor lehetővé válik retinaátültetéssel visszaadni egyes vak emberek látását.

Két szemkehely kialakulása őssejtekből. A zöld színt a retinasejtek jelölésére használt festék okozza

A gerincesek szeme erősen leegyszerűsítve az előagy kitüremkedésének fogható fel. A szem fejlődésének első fázisa a szemmező kialakulása. A második szakaszban kialakul a szemhólyag, majd annak betűrődésével a szemkehely vagy szemserleg. A harmadik fázisban alakul ki maga a retina. A japán kutatóknak most ezt a három fejlődési szakaszt sikerült reprodukálniuk laboratóriumban egér embrionális őssejtekből. Szakemberek szerint a retina létrehozása a laboratóriumi üvegedényben az eddigi legösszetettebb biológiai szövet biomérnöki elkészítésének számít.

Korábbi munkákból már lehetett arra következtetni, hogy megfelelő körülmények között az őssejtek képesek spontán szemszövetet kialakítani. Egy "génkoktél" elegendő ahhoz, hogy békaembriók szemet növesszenek a testük más részén. A laboratóriumi Petri-csészében tenyésztett emberi őssejteket pedig "rá lehetett venni", hogy a retinát megtámasztó pigmentsejteket, szemlencsére hasonlító sejtrétegeket és fényérzékeny retinasejteket hozzanak létre.

Szemfejlődés a laboratóriumban

Az a szemstruktúra azonban, amelyet Yoshiki Sasai és csoportja hozott létre a kóbei RIKEN Fejlődésbiológiai Központban sokkal összetettebb a fent említetteknél. A konyakospohárra hasonlító szemkehely két jól elkülöníthető sejtrétegből áll. A külső - agyhoz közelebbi - réteg pigmentált retinasejtekből áll, amely tápanyaggal látja el és megtámasztja a retinát. A belső réteg maga a retina, amely többféle fényérzékelő idegsejtet, a fényinformációt az agyba továbbító ganglionsejtet és támasztó gliasejtet tartalmaz.

Szemfejlődés gyorsított felvételen

Ahhoz hogy ezt a szervet Petri-csészében létrehozhassák, Sasai csoportja olyan fehérjéket tartalmazó tápoldatban növesztette az egér embrionális őssejteket, amelyek arra késztették az őssejteket, hogy retinasejtekké alakuljanak át. Azért, hogy a sejtek ne essenek szét, a kutatók összetartó proteingélt is adtak a keverékhez.

Az őssejtek először korai retinasejtekből álló pacákat hoztak létre. A következő héten azután a pacák elkezdték kialakítani a szemfejlődés korai szakaszában megfigyelhető struktúrát, a szemhólyagot. Ezután - éppúgy mintha embrióban lennének - a laboratóriumi szemhólyagok elkezdtek betűrődni, és két nap alatt létrehozták a szemkehely jellegzetes, két sejtrétegből álló szerkezetét és a megfelelő sejttípusokat.

Orvosi alkalmazások

Sasai csoportja még vizsgálja, hogy a látókelyhek képesek-e érzékelni a fényt, illetve továbbítani az ingereket az agyba. A korábbi tanulmányokból már kiderült, hogy az embrionális retinákat be lehet ültetni felnőtt rágcsálókba, és ott működőképesek.

Ha a Nature-ben most leírt technika alkalmazható lesz emberi sejtek esetében, és az így létrejött retina biztonságosnak bizonyul a beültetéshez, akkor korlátlan forrás áll majd rendelkezésre a különböző okok miatt károsodott retinák pótlására. A vizsgálatok eredményeire még éveket kell várni, de a szintetikus retinaszövet addig is segíthet a kutatóknak a szembetegségek vizsgálatában és a gyógymódok kidolgozásában.