Древнегреческий ученый Аристотель, живший с 384 по 322 года до н. э., создал традиционную классификацию органов чувств. К ней относятся зрение, запах, вкус, осязание и слух. А в 1760-х годах философ Иммануил Кант, пытаясь решить проблему обоснования научного знания, сделал вывод, что понимание внешнего мира зависит от наших форм восприятия [1]. Информация окружающего мира может быть получена через обонятельные, осязательные, зрительные, аудиальные, вкусовые анализаторы. Большее количество информации воспринимается с помощью органа зрения. Поскольку примерно 30% коры больших полушарий отвечает за обработку информации, полученной через зрительный анализатор, а через осязательный и аудиальный всего 8% и 2% соответственно [3]. У людей, родившихся слепыми или потерявшими зрение в течение жизни, лучше развито осязательное восприятие ,но так как осязание является контактным анализатором, то оно не позволяет воспринимать предметы одномоментно и на расстоянии. В результате, в поле восприятия попадает гораздо меньше деталей, поэтому людям с дефектами зрения сложнее воспринимать информацию. Тем более эта проблема становится актуальнее, так как по оценке ВОЗ около 1,3 млрд людей имеют проблемы со зрением [4]. При близорукости легкие нарушения есть у 188,5 млн. человек, от умеренных до тяжелых – у 217 млн. человек. С дальнозоркостью живут 826 млн. человек. Люди, имеющие полную слепоту, составляют 36 млн. С 1990 года 2015 количество имеющих нарушение зрения увеличилось с 159,9 млн. до 216,6 млн., а слепых с 30,6 млн. до 36 млн [5, 6]. По прогнозам ученых на 2020 год количество слепых будет равняться 38, 5 млн., а людей с умеренными и тяжелыми нарушениями зрения 237,1 млн. из общего населения мира 7,75 миллиардов. В 2050 соответственно 114,6 млн. и 587,6 млн. из общего количества людей на земле 9,96 миллиардов (таб.1.) [6].
Таблица 1. Статистика количества людей, которые являются слепыми или имеют проблемы со зрением с 1990-2050 года.
Данные показатели настораживают, т.к. в настоящее время не существует лечения, которое бы позволило полностью восстановить зрение. Возникает вопрос: есть ли шанс у будущего поколения на восстановление зрения и полноценное качество жизни? И как следствие, целью нашего исследования явилось проведение обзора литературы по изучению исследований в разработке лечения по восстановлению зрения.
Было известно, что только три класса позвоночных могут восстанавливать клетки сетчатки при их повреждении, это амфибии, рыбы и птицы. На периферии сетчатки, содержится область клеток, которые дают начало дифференцированным нейронам. У амфибий и рыб нейрогенез длится всю жизнь, у птиц только часть [7].
Некоторое время не было точно известно, какие именно клетки осуществляют восстановление сетчатки глаза. Ученые знали, что клетки Мюллера являются основным типом глиальных клеток сетчатки, однако восстановительная способность клеток была доказана лишь при углубленном изучении их морфофункциональных свойств. Данные клетки поддерживают гомеостаз и метаболизм нейронов сетчатки. За счет переноса ионов, молекул воды и бикарбонатов они контролируют состав внеклеточной жидкости. Обеспечивают питание фоторецепторов и нейронов. Регулируют герметичность гематоэнцефалического барьера. Защищают нейроны от механических повреждений. В результате того, что они поглощают глутамат, они могут непосредственно участвовать в регуляции синаптической активности во внутреннем слое сетчатки. Клетки Мюллера выделяют нейроактивные сигнальные молекулы, которые модулируют активность нейронов [2, 7, 8, 10].
Восстановительная способность клеток MG было доказана, при проведении опыта на рыбках-зебрах. Сначала рыба была обезболена, затем на сетчатке правого глаза сделали 4 разреза иглой, которая вводилась примерно на 5 мм, левый глаз не трогали. Для более тщательного изучения пролиферации клеток, через 24 часа после повреждения ткани рыбка получала разовую дозу BrdU- это синтетический нуклеозид. Обладает возможностью в процессе репликации ДНК заменять тимидин, поэтому при его использовании можно выявить пролиферирующие клетки, так как он встраивается в ДНК. Лишь через 4 часа после введения отпрепарированные глаза рыбы были изучены. Таким образом, было доказано, что все клетки, образовавшиеся при регенерации, являлись клетками MG. Из них был получен белок GFP+, который мигрировал по всей поверхности сетчатки, тем самым продемонстрировав возможность восстановления клеток сетчатки во всех слоях. Клетки, которые были помечены BrdU , дифференцировались в фоторецепторы и биполярные клетки [10]. Через некоторое время было выяснено, что эти клетки есть и у млекопитающих. Но они не могут ,как клетки MG рыб, при повреждении приобретать свойства стволовых клеток и воспроизводить мультипотентные клетки для восстановления ткани. Так же оказалось, что при разрушении нейронов в сетчатке рыб выделяются различные цитокины и факторы роста, стимулирующие пролиферацию клеток Мюллера. Такое происходит и у птиц, и у млекопитающих, но их активационная способность не высока, поэтому образованные нейроны погибают [11].
При дальнейших исследованиях ученые пытались активировать клетки Мюллера у мышей, так как у них пролиферационная способностью ниже по сравнению с крысами. Они использовали миогенные факторы роста и белки Wnt, которые являются внеклеточными лигандами и участвуют в процессах морфогенеза, формообразования, клеточной пролиферации, и необходимы для правильного эмбрионального развития. Благодаря свойствам данных органических соединений деление клеток MG было активировано. Так же оказалось, что Ascl1 ,в сочетании с эпидермальным фактором роста, тоже может стимулировать деление клеток Мюллера и осуществлять дифференцировку нейронов у молодых мышей [11, 12, 13].
Ученые из школы медицины Икана центра Маунт-Синай в Нью-Йорке пытались образовать из клеток MG фоторецепторы –палочки у слепых мышей с рождения без повреждения сетчатки, и у них это получилось. Эксперимент состоял из двух стадий. Первая стадия заключалась в введении GFAP-β-катенина, GFAP-GFP, Rhodopsin-tdTomato . Через две недели, как началась генерация клеток, была проведена вторая стадия опыта. Она заключалась в введении ShH10- GFAP и гены Otx2, Crx и Nrl. Ещё через 2 недели для активации пролиферации клеток Мюллера вводилась интравитреальная инъекция ShH10-GFAP-β-cateninа (рис.1).
Рис.1. Схематическое изображение стадий проведенного опыта.
Для более тщательного наблюдения MG были маркированы 5-этинил-2-дезоксиуридином (EdU) через 10 дней после инъекции , ShH10-GFAP-β-catenin и 5-бром- 2-дезоксиуридином (BrdU) через 24 часа после S-фазы. Через 4 дня после того, как провели все манипуляции, сетчатку изучили . Лишь небольшое количество клеток имели маркировку как EdU, так и BrdU. Это указывало на то, что подавляющее большинство клеток Мюллера после введения β-catenin подвергается только одному делению. Клетки, образовавшиеся в дальнейшем, были похожи на палочконесущие фоторецепторы . На основании морфологических изменений, наблюдаемых из различных образцов сетчатки, взятых после введения второй инъекции, был сделан вывод, что прогрессирование в дифференцировке полученных клеток MG палочек было замечено на начальной, промежуточной и конечной стадиях (таб.2).
Таб.2. Представлены стадии прогрессирования и дифференцировки полученных MG палочек.
При использовании конфокальной микроскопии и иммуногистохимии, было доказано содержание в палочковидных нейросенсорных клеток, дифференцированных из клеток MG, родопсина. Индуцированные фоторецепторные палочковидные клетки , полученные из клеток Мюллера были ультроструктурно схожи с нативными нейросенсорными палочками . Внешний сегмент палочковидной нейросенсорной клетки состоял из плотно упакованных мембранных дисков. Внутренний сегмент фоторецептора был заполнен длинными тонкими митохондриями, которые являлись основным источником энергии для удовлетворения высоких метаболических потребностей палочки. Синтезированные белки перемещались из внешнего сегмента во внутренний через соединительную ресничку, структуру, располагающуюся на основании микротрубочек. Палочковидные фоторецепторные клетки устанавливали синаптическую связь c биполярными нейронами и горизонтальными клетками.
В процессе наблюдения за животными, получившими лечение, ученые установили, что было восстановлено 0, 2% от всех не функционирующих рецепторов, и в их зрительной коре появилась активность, что доказывало поступление сигнала от сетчатки в зрительную область коры больших полушарий и осуществление синтеза и анализа визуальной информации. После гистологического исследования выяснилось, что превращение прошло успешно, и новые фоторецепторные клетки устанавливали синаптические связи с другими нейронами в сетчатке глаз мышей [14].
Выводы. Ученые путем внедрения генов в сетчатку глаз мышей активировали способность клеток Мюллера дифференцироваться в палочковидные фоторецепторные клетки, что позволит в офтальмологической отрасли найти способ лечения патологий органа зрения.