In het menselijk oog zijn er drie soorten kegelcellen die het kleurzicht reguleren en rood, blauw of groen licht waarnemen, maar er is weinig bekend over hoe deze gespecialiseerde cellen ontstaan in de ogen van een groeiende foetus. Onderzoekers gaven onlangs echter een glimp van deze vormingsmechanismen door organoïden - zeer kleine, primitieve organen - die waren gemaakt van oogcellen te laten groeien, zodat ze de cellen konden observeren terwijl ze zich ontwikkelden.
Hoewel de kleine organoïden er niet uitzagen als volledig gevormde ogen, bevatten ze fotoreceptoren die op licht reageren, en de cellen (en hun genen) gedroegen zich nog steeds zoals kegelcellen in een menselijk oog. Het is opmerkelijk dat de kleurgevoelige cellen in het in het laboratorium gekweekte oogweefsel zich organiseerden zoals die cellen bij een foetus, waarbij blauwlichtgevoelige kegelcellen eerst verschijnen, gevolgd door cellen die rood en groen licht waarnemen. Experimenten met deze cellen gaven een eerste glimp van de mechanismen die onze unieke kleurenvisie produceren, rapporteerden de wetenschappers in een nieuwe studie.
Het was al bekend dat blauwe kegelcellen zich ontwikkelden vóór hun rode en groene buren. Maar het was onduidelijk waarom ze in die volgorde verschenen en wat de cellen ertoe bracht 'dat lot te kiezen' als blauw, rood of groen, zei hoofdonderzoeksauteur Kiara Eldred, een promovendus bij de afdeling Biologie van de Johns Hopkins University (JHU) in Maryland.
"We wisten niet zeker wat in een ontwikkelingscontext deze cellen ertoe bracht om van elkaar te verschillen," vertelde Eldred aan WordsSideKick.com.
De wetenschappers stuurden stamcellen op om oogweefsel te worden, maar wat voor soort oogweefsel precies wordt bepaald door de cellen zelf, zei co-auteur Robert Johnston Jr., een assistent-professor aan de JHU-afdeling Biologie.
"Ze ontwikkelen en groeien gewoon als een netvlies in een gerecht", vertelde Johnston aan WordsSideKick.com.
Omdat de onderzoekers wilden dat hun groeiende mini-ogen hetzelfde tijdschema volgden als de ogen van een foetus in de baarmoeder, volgden ze de ontwikkeling van de retinale weefsels gedurende negen maanden.
Bovendien suggereerde eerder onderzoek bij muizen en zebravissen dat het schildklierhormoon de ontwikkeling van cellen die verband houden met kleurwaarneming heeft aangezet, zei Eldred. Om dat te testen, gebruikten de wetenschappers de gen-editing tool CRISPR om de receptoren van de kegelcellen voor het hormoon te manipuleren, om te zien hoe dat hun groeipatronen zou veranderen.
Ze ontdekten dat de niveaus van een schildklierhormoon die in verschillende stadia van de ontwikkeling van het oog aanwezig waren, een grote rol speelden bij het vormgeven van de identiteit van de cellen. Toen de onderzoekers de receptoren voor het hormoon uitschakelden, groeiden ze mini-ogen die alleen blauwgevoelige cellen hadden en alleen blauw licht konden zien. En toen ze vroeg in het groeiproces - voordat blauwe cellen zich konden vormen - de organoïden overspoelden met extra schildklierhormoon - ontwikkelden alle kleurcellen zich als rood en groen, rapporteerden de onderzoekers.
"Dat vertelde ons dat we het mechanisme voldoende begrepen om menselijke retinale cellen in een schaal te laten groeien en we konden ze vertellen wat voor soort cellen we wilden maken," vertelde Johnston aan WordsSideKick.com.
Naast het onthullen van geheimen van kleurenzien, kan in het laboratorium gekweekt oogweefsel nuttig zijn voor het bestuderen van andere gezichtsaspecten die uniek zijn voor mensen, en zou het inzicht kunnen geven in de behandeling van blindheid en glaucoom, zei Johnston.
De bevindingen zijn vandaag (11 oktober) online gepubliceerd in het tijdschrift Science.
