I det mänskliga ögat finns det tre typer av konceller som reglerar färgsyn och känner av rött, blått eller grönt ljus, men lite är känt om hur dessa specialiserade celler dyker upp i ögonen på ett växande foster. Men forskare gav nyligen en glimt av dessa formande mekanismer, genom att odla organoider - mycket små, primitiva organ - som var gjorda av ögonceller, så att de kunde observera cellerna när de utvecklades.
Även om de små organoiderna inte såg ut som helt bildade ögon, innehöll de fotoreceptorer som svarar på ljus, och cellerna (och deras gener) uppträdde fortfarande som konceller gör i ett mänskligt öga. Anmärkningsvärt organiserade de färgavkännande cellerna i den lab-odlade ögonsvävnaden sig som de cellerna gör i ett foster, med blå-ljus-avkännande konceller som dyker upp först, följt av celler som känner rött och grönt ljus. Experiment med dessa celler gav ett första glimt av mekanismerna som producerar vår unika färgvision, rapporterade forskarna i en ny studie.
Blå konceller var redan kända för att utvecklas före sina röda och gröna grannar. Men det var oklart varför de dök upp i den ordningen och vad som fick cellerna "att välja dessa öden" som blått, rött eller grönt, säger huvudstudieförfattaren Kiara Eldred, doktorand vid institutionen för biologi vid Johns Hopkins University (JHU) i Maryland.
"Vi var inte säkra på vad som i utvecklingssammanhang ledde till att cellerna skilde sig från varandra," sa Eldred till Live Science.
Forskarna riktade stamceller att bli ögonvävnad, men exakt vilken typ av ögonvävnad bestäms av cellerna själva, säger studiens medförfattare Robert Johnston Jr., biträdande professor vid JHU: s avdelning för biologi.
"De utvecklas bara och växer som näthinnan i en maträtt," sa Johnston till Live Science.
Eftersom forskarna ville att deras växande mini-ögon skulle följa samma schema som ögonen på ett foster i livmodern, övervakade de näthinnevävnadens utveckling i nio månader.
Dessutom antydde tidigare forskning på möss och sebrafisk att sköldkörtelhormonet hjälpte till att utlösa utvecklingen av celler kopplade till färgvision, sade Eldred. För att testa det använde forskarna genredigeringsverktyget CRISPR för att manipulera koncellernas receptorer för hormonet för att se hur det skulle förändra deras tillväxtmönster.
De fann att halterna av ett sköldkörtelhormon som var närvarande i olika stadier i ögats utveckling spelade en stor roll i att forma cellernas identitet. När forskarna inaktiverade receptorerna för hormonet växte de miniögon som bara hade blåavkännande celler, som bara kunde se blått ljus. Och när de översvämmade organoiderna med extra sköldkörtelhormon tidigt i tillväxtprocessen - innan blåceller kunde bildas - utvecklades alla färgceller som röda och gröna, rapporterade forskarna.
"Det berättade för oss att vi förstod mekanismen tillräckligt för att vi kunde odla mänskliga näthinneceller i en skål, och vi kunde berätta för dem vilken typ av celler vi ville göra," sa Johnston till Live Science.
Förutom att avslöja hemligheter om färgvision, kan labväxad ögonvävnad vara användbar för att studera andra aspekter av syn som är unika för människor, och kan ge insikt i behandlingen av blindhet och glaukom, sade Johnston.
Resultaten publicerades online idag (11 oktober) i tidskriften Science.
