Почему у людей самое острое зрение на планете? Виноваты клетки-хамелеоны, которые меняют цвет в утробе матери

Исследователи из Университета Джонса Хопкинса открыли новый клеточный механизм, объясняющий, как у людей развивается острое зрение высокого разрешения. Используя выращенные в лаборатории органоиды сетчатки — миниатюрные копии реальных тканей глаза — команда выяснила, как глаз заселяет фовеолу специфическими светочувствительными клетками, необходимыми для четкого зрения.

Фовеола представляет собой крошечную центральную область сетчатки, отвечающую за острое зрение высокого разрешения. Именно благодаря ей вы можете читать мелкий текст, различать детали на расстоянии или продеть нитку в иголку. Несмотря на микроскопический размер, она обеспечивает почти половину всего зрительного восприятия.

Открытие показало, что острое человеческое зрение формируется во время внутриутробного развития через динамическое взаимодействие между производным витамина А (ретиноевой кислотой) и гормонами щитовидной железы. Этот сложный биохимический процесс происходит на самых ранних стадиях развития плода.

Роберт Джонстон, доцент биологии в Университете Джонса Хопкинса и руководитель исследования, объясняет важность открытия: "Это ключевой шаг к пониманию внутренней работы центра сетчатки — критически важной части глаза, которая первой выходит из строя у людей с макулярной дегенерацией".

Макулярная дегенерация — одна из основных причин потери зрения у пожилых людей, поражающая именно центральную область сетчатки. Понимание механизмов её формирования может открыть путь к принципиально новым методам лечения этого тяжёлого заболевания. Чтобы достичь такого уровня точности, фовеола должна быть заполнена исключительно красными и зелёными колбочками — специальными светочувствительными клетками. Синие колбочки, отвечающие за восприятие цвета с меньшим разрешением, в этой области становятся помехой, снижающей четкость изображения.

Исследование на мини-сетчатках выявило конкретные клеточные механизмы, которые упорядочивают расположение красных, зелёных и синих колбочек. Оказалось, что центральная область уникальным образом исключает синие колбочки для максимизации чёткости зрения.

Формирование этой структуры происходит через точный двухэтапный химический процесс во время внутриутробного развития плода. Между 10 и 14 неделями беременности ретиноевая кислота сначала ограничивает первоначальное производство синих колбочек. Затем в дело вступают гормоны щитовидной железы, которые заставляют оставшиеся синие колбочки физически превращаться в красные и зелёные.

"Сначала ретиноевая кислота помогает задать образец. Затем гормон щитовидной железы играет роль в превращении оставшихся клеток", — объясняет Джонстон. "Это очень важно, потому что если синие колбочки остаются там, зрение становится хуже".

Открытие клеточного превращения бросает вызов 30-летней теории о том, что синие колбочки физически мигрируют из центра сетчатки во время развития. До сих пор считалось, что клетки просто перемещаются в другие области, освобождая место для красных и зелёных колбочек.

Новое понимание процессов развития зрения открывает захватывающие перспективы для лечения слепоты. Поскольку обычные лабораторные животные, например мыши и рыбы, не имеют такого специфического человеческого паттерна развития сетчатки, органоиды предоставляют новое окно в потенциальные методы лечения потери зрения.

Открытие может привести к разработке будущих методов лечения пока неизлечимых нарушений, таких как макулярная дегенерация. Эта болезнь поражает миллионы людей по всему миру, постепенно разрушая центральное зрение и делая невозможными такие простые действия, как чтение или узнавание лиц.

При дальнейшем усовершенствовании выращенных в лаборатории тканей команда из Джонса Хопкинса стремится воспроизвести функцию человеческого глаза с достаточной точностью, чтобы создавать фоторецепторы "на заказ". Фоторецепторы — это клетки, которые непосредственно воспринимают свет и преобразуют его в нервные импульсы. Это принципиально новый уровень регенеративной медицины, который ещё недавно казался научной фантастикой.