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Le cellule oculari della retina cresciute in laboratorio stabiliscono connessioni di successo, aprendo la porta a studi clinici per il trattamento della cecità

Le cellule retiniche cresciute da cellule staminali possono raggiungere e connettersi con i vicini, secondo un nuovo studio, completando una “stretta di mano” che potrebbe mostrare che le cellule sono pronte per i test sugli esseri umani con disturbi degenerativi dell’occhio.

Oltre un decennio fa, i ricercatori dell’Università del Wisconsin-Madison hanno sviluppato un modo per far crescere gruppi organizzati di cellule, chiamati organoidi, che assomigliano alla retina, il tessuto fotosensibile nella parte posteriore dell’occhio. Hanno convinto le cellule della pelle umana riprogrammate per agire come cellule staminali a svilupparsi in strati di diversi tipi di cellule retiniche che percepiscono la luce e alla fine trasmettono ciò che vediamo al cervello.

“Volevamo utilizzare le cellule di quegli organoidi come parti di ricambio per gli stessi tipi di cellule che sono state perse nel corso delle malattie della retina”, afferma David Gamm , professore di oftalmologia dell’UW-Madison e direttore del McPherson Eye Research Institute il cui laboratorio ha sviluppato gli organoidi. “Ma dopo essere cresciuti in un piatto di laboratorio per mesi come grappoli compatti, rimaneva la domanda: le cellule si comporteranno in modo appropriato dopo che le avremo separate? Perché questa è la chiave per introdurli nell’occhio di un paziente.

Durante il 2022, i collaboratori di Gamm e UW-Madison hanno pubblicato studi che dimostrano che le cellule retiniche cresciute in piatti chiamate fotorecettori rispondono come quelle in una retina sana a diverse lunghezze d’onda e intensità di luce, e che una volta separate dalle cellule adiacenti nel loro organoide, possono raggiungere nuovi vicini con caratteristici cordoni biologici chiamati assoni.

“L’ultimo pezzo del puzzle era vedere se queste corde avessero la capacità di collegarsi o stringere la mano ad altri tipi di cellule della retina per comunicare”, dice Gamm, i cui nuovi risultati sulle connessioni riuscite tra le cellule saranno pubblicati questa settimana negli Atti della National Academy of Sciences.

Le cellule della retina e del cervello comunicano attraverso le sinapsi, piccoli spazi all’estremità delle loro corde. Per confermare che le loro cellule retiniche cresciute in laboratorio hanno la capacità di sostituire le cellule malate e trasportare informazioni sensoriali come quelle sane, i ricercatori dovevano dimostrare che potevano creare sinapsi.

Xinyu Zhao , professore di neuroscienze all’UW-Madison e coautore del nuovo studio, ha lavorato con le cellule del laboratorio Gamm per aiutare a studiare la loro capacità di formare connessioni sinaptiche. Lo hanno fatto usando un virus della rabbia modificato per identificare coppie di cellule che potrebbero formare i mezzi per comunicare tra loro.

Il gruppo di ricerca, che comprende studenti laureati e co-primi autori Allison Ludwig e Steven Mayerl, ha suddiviso gli organoidi retinici in singole cellule, ha dato loro una settimana per estendere i loro assoni e creare nuove connessioni, li ha esposti al virus e poi ha preso una sbirciatina. Ciò che hanno visto erano molte cellule retiniche contrassegnate da un colore fluorescente che indicava che un’infezione da rabbia ne aveva infettato uno attraverso una sinapsi formata con successo tra vicini.

“Abbiamo lavorato insieme a questa storia in laboratorio, un pezzo alla volta, per rafforzare la fiducia che stiamo andando nella giusta direzione”, afferma Gamm, che ha brevettato gli organoidi e co-fondatore di Opsis Therapeutics con sede a Madison, che sta adattando la tecnologia per trattare i disturbi dell’occhio umano sulla base delle scoperte UW-Madison. “Tutto sta portando, in definitiva, a studi clinici sull’uomo, che sono il chiaro passo successivo”.

Dopo aver confermato la presenza di connessioni sinaptiche, i ricercatori hanno analizzato le cellule coinvolte e hanno scoperto che i tipi di cellule retiniche più comuni che formano le sinapsi erano i fotorecettori – coni e bastoncelli – che si perdono in malattie come la retinite pigmentosa e la degenerazione maculare senile. come in certe lesioni agli occhi. Il secondo tipo di cellula più comune, le cellule gangliari della retina, sono degenerate nei disturbi del nervo ottico come il glaucoma.

“È stata una rivelazione importante per noi”, afferma Gamm. “Mostra davvero l’impatto potenzialmente ampio che questi organoidi retinici potrebbero avere”.

Questa ricerca è stata supportata da sovvenzioni federali dei National Institutes of Health (U01EY027266, U24EY029890, MH116582, U54HD090256, P50HD105353 e F30EY031230), del Dipartimento della Difesa (W81XWH-20-1-0655), della Sandra Lemke Trout Chair in Eye Research, e la RRF Emmett A. Humble Distinguished Directorship della McPherson ERI.

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