I det menneskelige øyet er det tre typer kjegleceller som regulerer fargesynet, og som føler rødt, blått eller grønt lys, men lite er kjent om hvordan disse spesialiserte cellene dukker opp i øynene til et voksende foster. Imidlertid ga forskere nylig et glimt av disse formative mekanismene, ved å dyrke organoider - veldig små, primitive organer - som var laget av øyeceller, slik at de kunne observere cellene når de utviklet seg.
Selv om de små organoidene ikke så ut som fullformede øyne, inneholdt de fotoreseptorer som reagerer på lys, og cellene (og genene deres) fremdeles oppførte seg som kjeglecellene gjør i et menneskelig øye. Bemerkelsesverdig organiserte de fargesensorerende cellene i det labyrkesvoksne øyevevet seg som de cellene gjør i et foster, med blålys-sensende kjegleceller som dukker opp først, etterfulgt av celler som føler rødt og grønt lys. Eksperimenter med disse cellene ga et første glimt av mekanismene som produserer vårt unike fargesyn, rapporterte forskerne i en ny studie.
Blåkjeglecellene var allerede kjent for å utvikle seg før sine røde og grønne naboer. Men det var uklart hvorfor de dukket opp i den rekkefølgen, og hva som fikk cellene til å "velge disse skjebnene" som blå, rød eller grønn, sa hovedforfatterforfatter Kiara Eldred, en doktorgradskandidat ved Institutt for biologi ved Johns Hopkins University (JHU) i Maryland.
"Vi var ikke sikre på hva i en utviklingskontekst som antydet at cellene var forskjellige fra hverandre," sa Eldred til Live Science.
Forskerne ledet stamceller til å bli øyevev, men nøyaktig hvilken type øyevev som bestemmes av cellene i seg selv, sa studiens medforfatter Robert Johnston Jr., en adjunkt i JHU Department of Biology.
"De bare utvikler seg og vokser som netthinne i en rett," sa Johnston til Live Science.
Fordi forskerne ønsket at de voksende miniøyene skulle følge den samme timeplanen som øynene til et foster i livmoren, overvåket de netthinnens vevs utvikling i ni måneder.
Eldre antydet at tidligere forskning på mus og sebrafisk antydet at skjoldbruskkjertelhormonet var med på å utløse utvikling av celler knyttet til fargesyn. For å teste det, brukte forskerne genredigeringsverktøyet CRISPR for å manipulere kjeglenes celleres reseptorer for hormonet, for å se hvordan det ville endre vekstmønsteret deres.
De fant ut at nivåene av et skjoldbruskkjertelhormon som var til stede i forskjellige stadier i øyets utvikling, spilte en stor rolle i å forme cellens identitet. Da forskerne deaktiverte reseptorene for hormonet, vokste de miniøyne som bare hadde celler med blå sansing, og som bare kunne se blått lys. Og da de oversvømmet organoidene med ekstra skjoldbruskkjertelhormon tidlig i vekstprosessen - før blå celler kunne dannes - utviklet alle fargecellene seg som røde og grønne, rapporterte forskerne.
"Det fortalte at vi forsto mekanismen nok til at vi kunne dyrke menneskelige netthinneceller i en tallerken, og vi kunne fortelle dem hva slags celler vi ønsket å lage," sa Johnston til Live Science.
I tillegg til å avsløre hemmeligheter om fargesyn, kan lab-vokst øyevev være nyttig for å studere andre sider av synet som er unike for mennesker, og kan gi innsikt i behandlingen av blindhet og glaukom, sa Johnston.
Funnene ble publisert online i dag (11. oktober) i tidsskriftet Science.
