人类如何看到色彩?为了寻根究底,科学家在培养皿里“种”出了视网膜

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研究人员利用干细胞从零开始培育出人类视网膜,这是一项彻底的实验,揭示了我们如何看待颜色。

约翰霍普金斯大学的生物学家们想要确定细胞是如何让人们看到颜色的。

这项发表在《科学》(Science)杂志上的研究,可能会导致针对色盲和黄斑变性等眼疾的全新疗法。

研究人员说,他们开创性的研究可能会带来研究人体的新方法。

约翰霍普金斯大学的发展生物学家罗伯特约翰斯顿说:“我们检查的每样东西看起来都像一只正常发育的眼睛,只是在培养皿中生长。”

“你有一个模型系统,不需要直接研究人类就可以操作。”

大多数视觉研究都是在老鼠和鱼身上进行的,但都没有人类白天的动态视觉和彩色视觉。

因此,约翰斯顿的团队用干细胞创造了他们需要的人类眼部组织。

研究小组将重点放在能让人们看到蓝色、红色和绿色的细胞上,这三种锥体光感受器位于人眼中。

该研究报告的主要作者、约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins)研究生基娅拉·埃尔德雷德(Kiara Eldred)说,“三色视觉让我们有别于大多数其他哺乳动物。”

“我们的研究实际上是在试图弄清楚这些细胞通过什么途径来给我们这种特殊的色觉。”

几个月后,随着这些细胞在实验室中生长并发育成成熟的视网膜组织,研究小组发现蓝视锥细胞首先出现,然后是红视锥细胞和绿视锥细胞。

在这两种情况下,他们发现关键是甲状腺激素的起起伏伏。

这种激素的水平不是由甲状腺控制的,甲状腺当然不在培养皿,但完全由眼睛控制。

了解甲状腺激素的数量如何决定细胞变成蓝色、红色和绿色的受体,这个团队能够控制结果,制造出了特殊的视网膜。这些视网膜如果是在完整的人眼上,那些人将会只能看到蓝色、绿色和红色。

这是一个巨大的发现,解释了为什么某些早产儿由于缺乏母体的供应而降低了甲状腺激素水平,他们会有更高的视力障碍的发病率。

埃尔德雷德说:“如果我们能够回答是什么导致细胞最终走向死亡,我们就更接近于能够恢复受损感光细胞的色觉。”

“这是一个非常美丽的问题,无论是视觉上还是理性上——是什么让我们能够看到颜色?”

这些发现是实验室的第一步。

在未来,研究人员希望利用有机化合物来了解更多关于色觉和视网膜其他区域(如黄斑)产生的机制。

由于黄斑变性是人类失明的主要原因之一,了解如何种植一种新的黄斑可能会奠定临床治疗的基础。

约翰斯顿说:“令人兴奋的是,我们的工作建立了人体有机化合物作为研究人类发展机制的模型系统。”

“真正突破这一极限的是,这些类器官像人类婴儿一样需要9个月才能发育成熟。”

“所以我们真正研究的是胎儿发育。”

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