来自《自然》杂志
一位干细胞生物学家在他最近的体外模拟哺乳动物器官发育的尝试中取得了令人瞩目的成功。日本神户理研发育生物学中心 (CBD) 的笹井芳树在实验室中培育出了人眼的先体。
这种结构被称为视杯，直径为 550 微米，包含多层视网膜细胞，包括感光细胞。这项成就为医生未来在临床上修复受损眼睛带来了希望。但对于本周在在日本横滨举行的国际干细胞研究学会年会上，笹井展示这项发现时，最令人兴奋的是视杯的结构是在没有笹井及其团队指导的情况下自行形成的。
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英国剑桥大学干细胞研究中心主任奥斯汀·史密斯说：“这种形态是真正非凡的。”
直到最近，干细胞生物学家只能将胚胎干细胞培育成二维薄片。但在过去的四年里，笹井使用小鼠胚胎干细胞培育出了组织良好的三维大脑皮层1、垂体2和视杯3组织。他最近的成果标志着第一次有人使用人类细胞完成了类似的壮举。
熟悉的模式
人眼视杯的各个部分生长顺序与小鼠视杯中的顺序基本相同。这再次证实了一个生物学道理：这种复杂结构的形成线索来自细胞内部，而不是依赖外部触发因素。
在笹井的实验中，视网膜前体细胞自发形成一个上皮组织细胞球，然后向外凸出形成一个称为眼泡的气泡。这个柔韧的结构然后向后折叠自身，形成一个囊袋，从而形成视杯，外壁（视网膜色素上皮）和内壁由包括感光细胞、双极细胞和神经节细胞在内的视网膜细胞层组成。笹井说：“这解决了关于视杯发育是由内部驱动还是外部驱动的长期争论。”
人类和小鼠视杯的发育过程在时间上存在一些细微的差异。但最大的差异是尺寸：人类视杯的直径是小鼠的两倍以上，体积是小鼠的十倍。“它又大又厚，”笹井说。这些比例与体内结构发育中看到的比例相似，具有重要意义。“尺寸是细胞内在的这一事实非常有趣，”洛杉矶南加州大学的干细胞生物学家马丁·佩拉说。
以眼还眼
这项成就可能会在临床上产生重大影响。科学家们在细胞移植方面取得了越来越多的成功：上个月，伦敦大学学院的一个研究小组表明，移植干细胞来源的感光细胞可以挽救小鼠的视力4。但移植只涉及杆状感光细胞，不涉及锥状感光细胞，会导致接受者看到模糊的图像。笹井的有机分层结构为有一天可以移植整合的感光组织带来了希望。发育过程也可以进行调整，以治疗特定的疾病，并且可以创建组织库存用于移植和冷冻。
笹井强调，视杯中的细胞是“纯净的”，与二维聚集体中的细胞不同，二维聚集体可能仍然含有胚胎干细胞。这减少了对移植此类细胞可能发展成癌性生长或无关组织碎片的担忧。“这就像从树上摘下一个苹果。你不会期望里面长出铁，”笹井说。“你没有更多理由期望这些眼睛里会长出骨头。”
CBD 的眼科医生高桥政代已经开始将来自这种视杯的视网膜薄片转移到小鼠体内。她计划在年底前对猴子做同样的事情。最大的问题是移植的组织是否会整合到原生组织中。
临床医生和干细胞生物学家也想知道复制笹井的成功有多容易。会议上的一些人已经尝试过，但未能使用人类细胞重现笹井的小鼠实验。“我们需要知道它有多稳健，有多可重复，”史密斯说。