בתוך העין האנושית, הרשתית מורכבת מכמה סוגים של תאים, כולל קולטני הצילום החושרים אור שיוזמים את מפל האירועים המובילים לראייה. נזק לקולטני הצילום, בין אם באמצעות מחלה ניוונית או פציעה, מוביל לפגיעה בראייה קבועה או לעיוורון.
דייוויד גאם, מנהל המכון לחקר עיניים מקפרסון של UW-Madison, ופרופסור לרפואת עיניים ומדעי הראייה, אומר כי טיפול החלפת תאי גזע המשתמשים בקולטני פוטו מגדלים במעבדה הוא אסטרטגיה מבטיחה למאבק במחלות רשתית. האתגר הוא שטיפולי תאי גזע שמטרתם להחליף קולטני פוטו צריכים להיבדק תחילה אצל בעלי חיים. מכיוון שתאים אנושיים אינם תואמים במינים אחרים ונדחים במהירות כאשר הם מושתלים, קשה להעריך את הפוטנציאל שלהם.
רשתות חזיר ואנושיות חולקות תכונות עיקריות רבות, מה שהופך את החזירים לאידיאליים למודל מחלות רשתית אנושית ולבדיקת טיפולים עיניים. על ידי בדיקת קולטני פוטורטורים 'שווים לאדם' אצל חזירים, אנו יכולים לקבל תחושה טובה יותר של מה התאים האלה יכולים לעשות אם הם לא מותקפים מייד על ידי החיה המארחת. "
דייוויד גאם, מנהל המכון לחקר עיניים מקפרסון של UW – Madison ופרופסור לרפואת עיניים ומדעי הראייה
במחקר חדש שפורסם ב דוחות תאי גזעמעבדת GAMM שיתפה פעולה עם חוקרים במכון מורגרידג 'למחקר לפיתוח אורגנואידים ברשתית חזיר מעבדה. הם גילו כי קולטני פוטו הנגזרים על חזיר חלקו קווי דמיון רבים עם אלה העשויים מאורגנואידים ברשתית אנושית.
קים אדוארדס, סטודנטית לתארים מתקדמים במעבדת GAMM, "זו הפעם הראשונה שאנשים יצרו אורגנואידים ברשתית החזיר", אומר קים אדוארדס, סטודנטית לתואר שני במעבדת GAMM. "וזו הייתה הפעם הראשונה שאנשים עשו השוואה בין אנושי לעומת מין אחר של אורגנואידים ברשתית."
אורגנואידים הם אשכולות רקמות קטנות – בערך בגודל ראש סיכה גדול – המורכב ממאות אלפי תאים, המאפשרים למדענים לשכפל את האינטראקציות והתנאים הסלולריים ברקמה או איבר אנושי, אך בסביבה המבוקרת של צלחת מעבדה.
"תאי הצילום בתוך האורגנואידים האנושיים יכולים להגיב לאור ולתקשר זה עם זה באמצעות חיבורים סינפטיים", אומר גאם. "כדי לקבוע אם הם יכולים להתחבר לרשתית פגומה ולהחזיר את הראייה, עלינו להשתיל ולבדוק אותם בחזירים."
אדוארדס אומר שכדי להשיג אורגנואידים איכותיים, חשוב להתחיל עם תאי גזע איכותיים. הם שיתפו פעולה עם עוזרו של אוניברסיטת קלגרי פרופסור לי-פנג "ג'ק" צ'ו, לשעבר פוסט-דוק במעבדה של ג'יימי תומסון במכון מורגרידג ', כדי להשיג את תאי הגזע הפלוריפוטנטיים.
"מבחינה היסטורית, מעבדת תומסון הייתה טובה בייצור תאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים", אומר רון סטיוארט, חוקר מורגרידג 'בביולוגיה חישובית. "אבל מסתבר שהפיכתם למינים נוספים כמו חזיר זה ממש מאתגר. ג'ק הסתדר ומוביל את הדרך עם המעבדה החדשה שלו."
לאחר שיצרו בהצלחה תאי גזע הנגרמים על ידי חזיר, האתגר הבא היה לעודד אותם להתמיין לתאי רשתית. אדוארדס החל להשתמש בפרוטוקול האורגנואידים האנושי של מעבדת GAMM כדי לבדוק אם הוא יעבוד באמצעות תאי גזע מחזירה. תזמון הפרוטוקול התבסס על תקופת ההיריון האנושית של 40 שבועות, אך הם ציינו שההריון של החזיר הוא רק כמחצית מאורך. אז, המדענים חשבו, מה אם אנו משתמשים באותו פרוטוקול, אך חותכים את העיתוי לשניים?
"הצלחנו להכין מזה הרבה אורגנואידים ברשתית, וזה היה ממש מרגש", אומר אדוארדס. "זו הוכחה טובה למושג להראות שאם אנו הולכים להבדיל לסוג תאים ספציפי, אנחנו באמת צריכים לשים לב להבדלי ההיריון וההבדלים הגלומים בין התאים."
בעזרת טכניקות אימונוציטוכימיה, הם איפיינו חלבונים הקשורים לתאי רשתית ספציפיים שנמצאים בשלב מוקדם לעומת התפתחות בשלב מאוחר במודלים של חזיר ואורגנואידים אנושיים כאחד. כדי לחפור עמוק יותר, מעבדת GAMM שיתפה פעולה עם הביולוג החישובי בת מור בקבוצת הביולוגיה החישובית של סטיוארט במורגרדג 'כדי להסתכל על ביטוי גנים בתוך התאים באמצעות רצף RNA חד-תאי (RNA-SEQ).
"הם עשו הרבה קסמים באמצעות RNA-seq של תאים יחיד-דברים שלא חשבנו אפילו שאפשר", אומר אדוארדס.
האורגנואידים מנותקים לתאים בודדים, וכל תא מתויג עם ברקוד ומוחלף באופן אינדיבידואלי. הנתונים שנלכדו משמשים אז לקבוצת תאים דומים יחד, מה שמאפשר תובנה מעמיקה לגבי אופי כל סוגי התאים שנמצאים באורגנואיד, כולל קולטני מוט וקונוס וסוגי תאים אחרים כמו תאי גנגליון ברשתית.
"זו השקפה בלתי משוחדת ומקיפה מאוד של מה שגנים באים לידי ביטוי בכל סוג תאים באורגנואיד", אומר מור. "זה סוג אחר של סמן מהאימונוכימיה. זו דרך אחרת להגיע לאותה מסקנה של זיהוי סוגי תאים שונים."
גם אדוארדס וגם מור נאלצו להתגבר על אתגרים כדי להגיע למסקנות אלה. ראשית, בהתחשב באופי האורגנואידים, אדוארדס נדרש לייעל את הפרוטוקולים שלהם כדי להפריד בין התאים ולשמור עליהם לפני הרצף.
"הם לא אוהבים להתנתק ולשים מנה, במיוחד את הקולטנים הפוטו", אומר אדוארדס. "אנחנו מתבדחים שהפוטורקטורים עובדים טוב יותר ביחד, ממש כמו אנשים."
בצד ניתוח הנתונים, מור מסביר כי כל תא מתכוסה בטיפה המכילה את הברקוד לרצף. אך לפעמים, טיפה אחת מכסה תאים מרובים, או שהטיפה עשויה להיות ריקה ולא מכילה תא כלשהו, המציג שגיאות בנתוני הרצף.
"זה באמת יכול לבלגן את הניתוח שלך, במיוחד כשאתה מנסה לזהות סוגי תאים שונים", אומר מור. מור פיתח צינור ניתוח כדי לסנן את כל הרצפים הלא רצויים ולנרמל את הנתונים. לאחר מכן היא מיפתה את הגנים שבאו לידי ביטוי באשכולות שונים, אותם הם יכולים למפות לסוגי תאים ספציפיים ולהשוות לתוצאות האימונוציטוכימיה.
אתגר נוסף – ההבדל המשמעותי בין גנום חזיר לגנום אנושי – פירושו שמור נאלץ לעבוד גם ברשימה של גנים ידועים בשני המינים ולהתאים אותם לרצפים כדי למפות את סוגי התאים השונים.
אדוארדס אומר כי "נתוני אישור מבית היה באמת קריטי עבורנו להרגיש בטוחים לגבי מה שאנחנו רואים".
עבודה זו נתמכה במענק של משרד ההגנה האמריקני בשיתוף עם מכון העיניים הלאומי במטרה לבחון טיפול החלפת תאים לטיפול בפגיעות ברשתית המתרחשות בדרך כלל בצבא. החוקרים החלו לבצע השתלות בחזירים באמצעות קולטני פוטו מאורגנואידים חזיר כדי לקבוע אם הם קובעים קשרים ויוצרים סינפסות עם נוירונים במורד הזרם.
"אנו שמחים להראות שאתה יכול לגדל את האורגנואידים הרשתית הזו ממינים שונים וכי הרבה קבוצות ברחבי העולם מתחילות להפוך אותם", אומר אדוארדס. "הכל מתחיל מלהיות תאי גזע טובים."
