科學家揭祕：讓你看見顏色的細胞是這麼長出來的

10月14日訊息，據福布斯雜誌報道，約翰霍普金斯大學的科學家們培育出了簡化版的人類視網膜，這些視網膜看起來似乎可以在培養皿中重現人類身體器官的發育過程，證實了甲狀腺激素在引導光探測錐狀光感受器細胞變成藍覺細胞、紅覺/綠覺細胞中的作用。今天發表的一項新研究，提出了一種針對有某些視力問題的早產兒的潛在治療方法。

圖：發育291天的視網膜類器官，其中紅色和綠色錐狀光感受器呈現綠色，藍色錐狀光感受器呈現藍色，而棒狀光感受器呈現紅色

研究人類如何在子宮內的發育非常困難。這個過程發生在黑暗的地方，與外界隔絕。科學家們無法輕易地從發育中的胎兒身上獲取組織樣本，並將這些樣本帶回實驗室仔細檢查，以找出促使發育發生的生物機制和分子。而像老鼠這樣的動物與人類發育還不太一樣。因此，有些科學家已經開始使用所謂的類器官（organoid），即誘導人類細胞從幹細胞成長為微小的、簡化的模型器官，以此研究人類的發育過程。

約翰霍普金斯大學生物學助理教授羅伯特·約翰斯頓(Robert Johnston)在2012年看到有關視網膜類器官的資料時，他始終在研究果蠅眼睛中的光探測細胞(或稱為光感受器)是如何發育的。他回憶道：“我們必須把這個系統推進到以前沒有人達到過的地方，並在更長的時間裡培育類器官。”

約翰斯頓的實驗室今天發表在《科學》(Science)雜誌上的一項研究，描述了在6個月到1年的時間裡培育視網膜類器官的實驗。約翰斯頓說:“這為研究人類生物學開闢了一條不同的途徑。”

在早期，隨著視網膜的發育，準錐狀光感受器必須成為兩種型別的細胞之一：一種能夠檢測藍光，另一種仍然具有靈活性，可以稍後成為一種能夠檢測紅光或綠光的細胞。約翰斯頓的團隊，包括主要作者和研究生基拉拉·埃爾德雷德（Kiara Eldred），專注於研究組成視網膜類器官的細胞中藍色或紅色/綠色的感測切點。

他們發現消除細胞中的甲狀腺激素受體會導致微型視網膜只能由感知藍光的錐細胞組成。而新增更多的甲狀腺激素，則會導致視網膜由紅覺/綠覺細胞組成。約翰斯頓說，在沒有人為干擾的時候，最初所有的細胞都是藍覺細胞，直到“幾乎像計時器的機制響起”，其餘的細胞就會變成紅覺/綠覺細胞。甲狀腺激素的存在似乎在逆轉這一趨勢。

但是這些類器官生長的培養皿中並沒有微量甲狀腺激素，在大多數實驗中，科學家們也沒有自己新增這種激素。那麼，在成年人中調節新陳代謝的激素是如何決定發育的呢？約翰斯頓說:“視網膜本身控制著甲狀腺激素的水平，以決定你是獲得藍覺細胞還是紅覺/綠覺細胞，它自身的酶可以分解液體中存在的少量甲狀腺激素類有機物。”

華盛頓大學生物結構教授托馬斯·雷(Thomas Reh)說，這項工作在很大程度上測試了在老鼠身上發現的錐細胞的發育模型，並發現了人類細胞中的一個關鍵區別。雷的論文描述了老鼠的發育過程。在老鼠體內，只涉及到一種甲狀腺激素受體，但在人類中則是兩種。托馬斯表示：“目前尚不清楚為什麼會存在這種差異，但在理解老鼠和人類的另一個重要區別——視網膜中央凹（fovea）時，它可能具有重要意義。視網膜中央凹是視網膜的一部分，是錐狀光感受器的所在地和視野的中心。”

托馬斯指出，視網膜類器官不會發育出視網膜中央凹，因為它遠小於人類視網膜，也不會發育成視網膜中的其他細胞型別，甲狀腺激素水平的變化可能與視網膜發育是完全不同的實驗。

類器官可能是研究人類胎兒組織發育的一個新方向，但它們還沒有完全消除爭議。約翰斯頓的論文中的許多類器官是由胚胎幹細胞形成的，還有些則是由成人誘導多能幹細胞形成的。約翰斯頓說，現在，有好幾種胚胎幹細胞可以用於研究，而新的幹細胞還沒有被製造出來。

約翰斯頓的實驗室目前正在開發一種能夠模擬黃斑變性的視網膜類器官，黃斑變性是導致視力喪失的主要原因，黃斑是視網膜中包含視網膜中央凹的部分，在這種情況下黃斑受損，也許還能找到修復的方法。從短期來看，今天發表的研究成果暗示了一種可能的治療方法，可以治療那些甲狀腺激素水平較低、色覺障礙率較高的早產兒。