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研究人員發現了一種直接將皮膚細胞重新編程成用於視覺的光敏棒感光器的技術。實驗室製造的杆狀體使失明的老鼠能夠在細胞移植到動物眼睛後探測到光線。這項研究由美國國家眼科研究所(NEI)資助，發表在4月15日的《自然》雜誌上。
到目前為止，研究人員已經通過從皮膚或血細胞中製造幹細胞來替代動物模型中死亡的光感受器，將這些幹細胞編程成光感受器，然後將其移植到眼睛的後部。在這項新的研究中，科學家們表示，有可能跳過幹細胞中間步驟，直接將皮膚細胞重新編程為感光細胞，以便移植到視網膜上。
「這是第一個研究表明直接化學重新編程可以產生類似視網膜細胞，這給了我們一個新的和更快的發展戰略來治療年齡相關性黃斑變性等視網膜疾病引起的光感受器喪失。」 NEI神經生物學、神經退化和修復實驗室高級調查員Anand Swaroop博士說，他關注重組杆狀感光細胞的基因表達特徵分析。
「最直接的好處是能夠快速建立疾病模型，這樣我們就可以研究疾病的機制。新戰略還將幫助我們設計更好的細胞替代方法。
在過去的十年裡，科學家們對誘導多能幹細胞(iPS)的研究產生了濃厚的興趣。誘導多能幹細胞是在實驗室裡從成人細胞而不是胎兒組織中培育出來的，可以用來製造幾乎任何類型的替代細胞或組織。但是，iPS細胞重編程協議可能需要6個月的時間才能使細胞或組織為移植做好準備。相比之下，本研究中描述的直接重新編程僅在10天內舊將皮膚細胞誘導成可移植的功能性光受體。研究人員用老鼠和人類的皮膚細胞在老鼠的眼睛上演示了他們的技術。
「我們的技術直接從皮膚細胞進入感光細胞，而不需要中間的幹細胞。」該研究的首席研究員、CIRC醫療公司和視網膜創新中心的執行長兼總裁、醫學博士Sai Chavala說。他還是德克薩斯州KE眼科中心的視網膜服務主任，同時也是德克薩斯基督教大學和北德克薩斯大學健康科學中心醫學院(UNTHSC)的外科教授。
直接重新編程包括將皮膚細胞浸泡在五種小分子化合物的混合物中，這五種化合物一起通過化學方式介導與杆狀光感受器細胞命運相關的分子通路。其結果是杆狀光感受器在外觀和功能上模仿天然杆狀物。
研究人員進行了基因表達譜分析，結果表明新細胞表達的基因與真杆狀光感受器表達的基因相似。與此同時，與皮膚細胞功能相關的基因被下調。
研究人員將這些細胞移植到患有視網膜退化的小鼠體內，然後測試它們的瞳孔反射，這是一種測量移植後光感受器功能的方法。在弱光條件下，瞳孔的收縮取決於視杆感受器的功能。在移植後的一個月內，14隻小鼠中有6隻(43%)在低光照條件下表現出強烈的瞳孔收縮，而未接受治療的對照組則沒有。
此外，與沒有瞳孔反應的經治療小鼠和未進行對照治療的小鼠相比，有瞳孔收縮的經治療的小鼠明顯更有可能在黑暗空間中尋找和逗留。對黑暗空間的偏好是一種需要視覺的行為，反映了老鼠尋找安全、黑暗的地方的自然傾向，而不是光明的地方。
「即使是視網膜嚴重退化的小鼠，很少擁有活的殘留感光細胞，對移植也有反應。」這項研究的第一作者、UNTHSC的研究科學家Biraj Mahato博士說: 「這種發現表明，觀察到的改善是由於實驗室製造的感光細胞，而不是宿主現有健康光感受器的輔助作用的支持。」
移植後3個月，免疫螢光研究證實了實驗室製造的光感受器的存活，以及它們與視網膜內神經元的突觸連接。
進一步的研究需要優化方案，以增加功能性移植光感受器的數量。
重要的是，研究人員弄清了這種直接的重新編程是如何在細胞水平上進行調節的。這些發現有助於研究人員不僅將這項技術應用於視網膜，而且應用於許多其它類型的細胞。」 Swaroop說。
「如果這種直接轉化的效率可以提高，可能會大大減少開發潛在的細胞治療產品或疾病模型所需的時間。」Kapil Bharti博士說，他是NEI眼科和幹細胞轉化研究部門的高級研究員和負責人。
原文來源：https://medicalxpress.com/news/2020-04-sight-mice-skin-cells-light-sensing.html
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