Регенерация сетчатки относится к восстановлению зрения у позвоночных, страдающих поражением сетчатки или дегенерацией сетчатки.
Двумя наиболее хорошо изученными механизмами регенерации сетчатки являются клеточная регенерация и клеточная трансплантация. Регенеративные процессы могут применяться у людей для лечения дегенеративных заболеваний сетчатки, таких как пигментный ретинит . В то время как у млекопитающих, таких как люди и мыши, отсутствует врожденная способность регенерировать сетчатку, низшие позвоночные, такие как костистые рыбы и саламандры, способны восстанавливать утраченную ткань сетчатки в случае повреждения.
По существу
У рыбок данио
Данио , как и другие костистые рыбы, обладают врожденной способностью восстанавливать повреждения сетчатки. Эта способность в сочетании со значительным сходством между костистыми костями и структурой сетчатки млекопитающих делает рыбок данио привлекательной моделью для изучения регенерации сетчатки. [1] Мюллерова глия - это тип глиальных клеток, присутствующих как в костистых костях, так и в сетчатке млекопитающих. Регенерация сетчатки у рыбок данио опосредуется глией Мюллера, которая дедифференцируется в стволовые клетки и пролиферирует в нейральные клетки-предшественники в ответ на повреждение сетчатки. В то время как деление глии Мюллера отвечает за регенерацию сетчатки во всех случаях повреждения сетчатки, особенно хорошо охарактеризован случай потери фоторецепторов из-за повреждения светом. В ответ на удаление фоторецепторов глия Мюллера дедифференцируется и подвергается единственному асимметричному делению с образованием нейральной клетки-предшественника и новой клетки глии Мюллера. Клетка-предшественник нейронов пролиферирует с образованием кластера предшественников нейронов, которые мигрируют к внешнему ядерному слою сетчатки и дифференцируются в фоторецепторы, чтобы заменить утраченные клетки. [2] Этот процесс восстанавливает функцию сетчатки поврежденной рыбы. Понимание основных механизмов может дать представление о вариантах лечения дегенеративных заболеваний сетчатки у млекопитающих.
Несколько белков и сигнальных путей были описаны и охарактеризованы в процессе регенерации сетчатки. Роли нескольких важных элементов кратко описаны ниже: [3] [4] [5] [6] [7]
Протеин | Общая роль | Роль в регенерации сетчатки |
---|---|---|
TNF-а | вызывает воспаление, вызывает апоптоз | сигнализирует глии Мюллера о дедифференцировании |
Notch | регулирует дифференцировку и определение судьбы клеток | поддерживает глиальный покой Мюллера |
N-кадгерин | опосредует межклеточные взаимодействия, стимулирует управление аксонами | направляет миграцию клеток-предшественников нейронов |
Ascl1 | опосредует нейрогенез | способствует дедифференцировке глии Мюллера |
β-катенин | активы на Wnt пути | необходим для разрастания глии Мюллера |
Род дифференцировка предшественника является еще одним механизмом , с помощью которого данио может заменить потерял нейроны сетчатки. Предшественники палочек образуются во время нормального роста рыбок данио и локализуются во внешнем ядерном слое сетчатки. В случае хронической или мелкомасштабной гибели фоторецепторов палочек предшественники палочек размножаются и дифференцируются в новые фоторецепторы палочек. [8] Эта популяция клеток-предшественников может быть индуцирована к пролиферации с помощью таких средств, как инъекция гормона роста или селективная гибель палочкообразных фоторецепторных клеток. Однако, поскольку этот регенеративный ответ более ограничен, чем ответ, опосредованный глией Мюллера, о лежащих в его основе механизмах известно гораздо меньше.
У мышей
Мыши, как и другие млекопитающие, не обладают врожденной способностью восстанавливать повреждения сетчатки. Вместо этого повреждение сетчатки у млекопитающих обычно приводит к глиозу и образованию рубцов, которые нарушают нормальную функцию сетчатки. Ранее лечение поврежденных глаз эпидермальным фактором роста индуцировало пролиферацию глии Мюллера в глазу мыши, но генерация нейронов происходила только при одновременной сверхэкспрессии Ascl1 . [9] Совсем недавно при использовании агониста альфа-7 nAChR, PNU-282987, была обнаружена надежная пролиферация глии Мюллера и последующая дифференцировка нейронов. [10] Необходима дополнительная информация об участвующих сигнальных путях, прежде чем регенерация, опосредованная глии Мюллера, станет жизнеспособным методом лечения для восстановления зрения в сетчатке млекопитающих.
Другие подходы к регенерации сетчатки включают процедуры клеточной трансплантации. Согласно результатам, представленным в журнале " Proceedings of the National Academy of Sciences " в 2012 году, исследовательская группа лаборатории офтальмологии Наффилда под руководством доктора Роберта Макларена из Оксфордского университета вернула зрение полностью слепым мышам путем инъекции светочувствительных клеток в их клетки. глаза. Мыши страдали от полного отсутствия фоторецепторных клеток в их сетчатке и не могли отличить свет от темноты. Обнадеживающие результаты с использованием того же лечения были достигнуты на мышах, слепых на ночь. Несмотря на вопросы о качестве восстановленного зрения, это лечение дает надежду людям с дисфункциональным зрением, включая дегенеративные заболевания глаз, такие как пигментный ретинит .
Процедура включала введение предшественников стержней, которые сформировали «анатомически отличный и соответствующим образом поляризованный внешний ядерный слой » - две недели спустя сформировалась сетчатка с восстановленными связями и зрением, что доказало, что можно восстановить весь светочувствительный слой. Исследователи из офтальмологической больницы Мурфилдс уже использовали человеческие эмбриональные стволовые клетки для замены пигментной оболочки сетчатки у пациентов с болезнью Штаргардта . Команда также восстанавливает зрение слепым пациентам с помощью электронного имплантата сетчатки, который работает по аналогичному принципу, заменяя функцию светочувствительных фоторецепторных клеток .
В людях
В феврале 2013 года за продуктами и лекарствами США одобрило использование Ретинального протезирования системы Argus II [1] , [11] что делает его первым FDA утвержденных имплантат для лечения дегенерации сетчатки. Устройство может помочь взрослым с РПЖ, утратившим способность воспринимать формы и движения, быть более мобильными и выполнять повседневные действия.
Внешние ссылки
Рекомендации
- ^ Фадул, JM; Доулинг, Дж. Э. (2008). «Данио-рерио: модельная система для изучения генетики глаза» . Prog Retin Eye Res . 27 (1): 89–110. DOI : 10.1016 / j.preteyeres.2007.08.002 . PMC 2271117 . PMID 17962065 .
- ^ Горсуч, РА; Гайд, Д.Р. (2014). «Регулирование мюллеровской глиальной зависимой нейрональной регенерации в поврежденной сетчатке взрослых рыбок данио» . Exp Eye Res . 123 : 131–40. DOI : 10.1016 / j.exer.2013.07.012 . PMC 3877724 . PMID 23880528 .
- ^ Ascl1a (2010). « let-7 microRNA signaling pathway -» . Природа клеточной биологии . 12 (11): 1101–1107. DOI : 10.1038 / ncb2115 . PMC 2972404 . PMID 20935637 .
- ^ Ван, Дж; Рамачандран, Р. Гольдман, Д. (2012). «HB-EGF необходим и достаточен для дедифференцировки глии Мюллера и регенерации сетчатки» . Dev Cell . 22 (2): 334–47. DOI : 10.1016 / j.devcel.2011.11.020 . PMC 3285435 . PMID 22340497 .
- ^ Нагашима, М; Barthel, LK; Раймонд, Пенсильвания (2013). «Самовосстанавливающееся деление глиальных клеток Мюллера рыбок данио генерирует нейрональные предшественники, которым требуется N-кадгерин для регенерации нейронов сетчатки» . Развитие . 140 (22): 4510–21. DOI : 10.1242 / dev.090738 . PMC 3817940 . PMID 24154521 .
- ^ Коннер, C; Акерман, КМ; Lahne, M; Hobgood, JS; Гайд, Д.Р. (2014). «Репрессия передачи сигналов notch и экспрессия TNFα достаточны для имитации регенерации сетчатки путем индукции пролиферации глии Мюллера для генерации коммитированных клеток-предшественников» . J Neurosci . 34 (43): 14403–19. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.0498-14.2014 . PMC 4205560 . PMID 25339752 .
- ^ Мейерс, Джейсон Р .; Ху, Лили; Моисей, Ариэль; Каболи, Кавон; Папандреа, Аннемари; Раймонд, Памела А. (2012). «Передача сигналов β-catenin / Wnt контролирует судьбу предшественников в развивающейся и регенерирующей сетчатке рыбок данио» . Нейронное развитие . 7 : 30. DOI : 10,1186 / 1749-8104-7-30 . PMC 3549768 . PMID 22920725 .
- ^ Монтгомери, Дж. Э .; Парсонс, MJ; Гайд, Д.Р. (2010). «Новая модель абляции сетчатки демонстрирует, что степень гибели палочек регулирует происхождение регенерированных фоторецепторов палочек рыбок данио» . J Comp Neurol . 518 (6): 800–14. DOI : 10.1002 / cne.22243 . PMC 3656417 . PMID 20058308 .
- ^ Гольдман, Дэниел (2014). «Перепрограммирование глиальных клеток Мюллера и регенерация сетчатки -» . Обзоры природы Неврология . 15 (7): 431–442. DOI : 10.1038 / nrn3723 . PMC 4249724 . PMID 24894585 .
- ^ Вебстер, Марк К .; Кули-Темм, Синтия А .; Барнетт, Джозеф Д .; Бах, Харрисон Б .; Вайннер, Джессика М .; Вебстер, Сара Э .; Линн, Синди Л. (27 марта 2017 г.). «Доказательства наличия BrdU-положительных нейронов сетчатки после применения агониста никотинового ацетилхолинового рецептора Alpha7» . Неврология . 346 : 437–446. DOI : 10.1016 / j.neuroscience.2017.01.029 . ISSN 1873-7544 . PMC 5341387 . PMID 28147247 .
- ^ https://www.reuters.com/article/us-secondsight-fda-eyeimplant/fda-approves-first-retinal-implant-for-rare-eye-disease-idUSBRE91D1AK20130214