Nowe spojrzenie na medycynę regeneracyjną ludzkiego oka dzięki badaniom ślimaka Pomacea canaliculata

Ludzkie oczy to złożone i trudne do naprawienia struktury, jednak pod względem budowy są zaskakująco podobne do oczu słodkowodnego ślimaka jabłkowego (Pomacea canaliculata), który potrafi całkowicie zregenerować narząd wzroku. Dr Alice Accorsi, adiunkt biologii molekularnej i komórkowej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Davis, bada proces regeneracji oka u tego ślimaka, mając na celu w przyszłości opracowanie metod przywracania wzroku u ludzi z uszkodzeniami oczu.

W nowym badaniu opublikowanym 6 sierpnia w Nature Communications, Accorsi wykazała, że oczy ślimaka jabłkowego i człowieka dzielą wiele wspólnych cech anatomicznych i genetycznych.

– Ślimaki jabłkowe to niezwykłe organizmy – podkreśla Accorsi. – Dają unikalną możliwość badania regeneracji złożonych narządów zmysłów. Dotąd brakowało nam modelu do badania pełnej regeneracji oka.

Zespół Accorsi opracował również metody edycji genomu tego ślimaka, co umożliwi badanie molekularnych i genetycznych mechanizmów stojących za zdolnością do regeneracji oka.

Ślimak, który nie działa w ślimaczym tempie

Złoty ślimak jabłkowy (Pomacea canaliculata, ślimak złocisty) pochodzi z Ameryki Południowej, jednak obecnie jest gatunkiem inwazyjnym w wielu rejonach świata. Te same cechy, które czynią go inwazyjnym, sprawiają, że idealnie nadaje się do badań laboratoryjnych: jest odporny, szybko się rozmnaża i ma liczne potomstwo.

Co więcej, posiada oczy typu „kamera” – takie same, jak u człowieka. Oko tego typu ma rogówkę, soczewkę skupiającą światło i siatkówkę z milionami fotoreceptorów. Występuje ono u wszystkich kręgowców, niektórych pająków, kałamarnic, ośmiornic i właśnie u niektórych ślimaków.

Choć ślimaki są znane ze zdolności regeneracyjnych już od XVIII wieku – w 1766 roku odnotowano, że ślimakom ogrodowym mogą odrastać całe głowy – dopiero Accorsi wykorzystała ten potencjał do badań nad regeneracją.

– Zastanawiałam się, dlaczego nikt dotąd nie używał ślimaków do badania regeneracji – mówi badaczka. – Myślę, że po prostu brakowało odpowiedniego gatunku. Większość ślimaków trudno hodować lub rozmnażać w warunkach laboratoryjnych, a wiele z nich przechodzi metamorfozę, co utrudnia badania.

Oko jak kamera

Zespół Accorsi przeprowadził analizy anatomiczne, mikroskopowe i genomowe, które wykazały duże podobieństwo między oczami ślimaka jabłkowego a oczami ludzkimi.

– Wykazaliśmy, że wiele genów uczestniczących w rozwoju ludzkiego oka występuje również u ślimaka – mówi Accorsi. – Po regeneracji nowe oko ma praktycznie identyczną morfologię i ekspresję genów jak pierwotne.

Jak odrasta oko?

Po amputacji oka proces jego odtworzenia trwa około miesiąca i przebiega etapami. Najpierw rana goi się (ok. 24 godziny), by zapobiec infekcjom i utracie płynów. Następnie niespecjalistyczne komórki migrują w miejsce urazu i zaczynają się dzielić. Po około 10 dniach komórki te różnicują się i tworzą struktury oka, w tym soczewkę i siatkówkę. Około 15. dnia po amputacji powstają wszystkie struktury, w tym nerw wzrokowy, które następnie dojrzewają przez kolejne tygodnie.

– Nie mamy jeszcze ostatecznych dowodów, że ślimaki widzą obrazy, ale anatomicznie mają wszystkie komponenty potrzebne do ich tworzenia – mówi Accorsi. – Chcemy opracować testy behawioralne, które pozwolą sprawdzić, czy nowe oczy funkcjonują tak samo jak pierwotne.

Badacze zidentyfikowali też około 9000 genów, których ekspresja zmienia się po amputacji w porównaniu do zdrowego oka. Po 28 dniach 1175 genów wciąż wykazywało różnice w ekspresji, co sugeruje, że choć oko wygląda na w pełni uformowane, jego ostateczne dojrzewanie może trwać dłużej.

Geny regeneracji

Aby zbadać genetyczne mechanizmy regeneracji, zespół zastosował technologię CRISPR-Cas9 do edycji genomu ślimaka. Pierwszym celem był gen pax6, znany z kluczowej roli w rozwoju oka i mózgu u ludzi, myszy i muszek owocowych.

Ślimaki, podobnie jak ludzie, mają po dwie kopie każdego genu. Mutacje obu kopii pax6 skutkowały brakiem rozwoju oczu, co pokazuje, że gen ten jest niezbędny również u ślimaków.

Kolejnym etapem będzie sprawdzenie, czy pax6 uczestniczy również w regeneracji oka u dorosłych osobników. Naukowcy planują wyłączyć ten gen u dorosłych ślimaków i ocenić, czy potrafią one nadal regenerować oko.

Zespół bada także inne geny związane z okiem – m.in. kodujące soczewkę, siatkówkę i regulujące działanie pax6.

– Jeśli zidentyfikujemy zestaw genów kluczowych dla regeneracji oka, które występują także u kręgowców, teoretycznie moglibyśmy je aktywować, by uruchomić regenerację również u ludzi – podsumowuje Accorsi.

Źródło: University of California – Davis, Nature Communications, A genetically tractable non-vertebrate system to study complete camera-type eye regeneration
DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-025-61681-6