大提速!斑马鱼模型在眼视力保护类食品研发中的应用

浩雄聊时尚 2024-06-28 17:49:02

近年来,随着电脑、手机、iPad等电子产品的蓬勃发展,人们使用电子产品的时间越来越长,对眼睛的健康产生影响。手机、电脑等电子产品在使用时会持续性地产生蓝光,而眼睛中的感光细胞对蓝光是最不敏感的。当蓝光到达视网膜时,因没有足够的可感知蓝光的视锥细胞把进来的蓝光全部识别处理,导致蓝光穿过视网膜,直达眼睛底部黄斑区的视网膜色素上皮细胞,从而造成对眼睛的损伤。

世界卫生组织的一项研究报告显示,目前我国近视患者达6亿,其中青少年近视率居世界第一。2022年,国家卫健委对全国儿童青少年近视情况展开调研,青少年总体近视率为53.6%,其中6岁儿童为14.5%,小学生为36%,初中生为71.6%,高中生为81%。因此青少年视力保护需求加速增长,护眼产品市场持续扩容。Grand View Research报告显示,在全球范围内,2019年眼保健品销售额超过15亿美元,预计到 2027年市场将保持 6.1% 的复合年增长率。

01-市场扩容带动研究深入

“斑马鱼在视觉科学领域备受关注”

近年来,斑马鱼凭借其繁殖周期短,使用药物量少、遗传水平与人类相似、个体小、胚胎透明、便于显微操作等优势,被广泛用于药物筛选和安全性评价的疾病模型。斑马鱼的视觉系统与包括人类在内的其他脊椎动物非常相似,例如其视网膜和晶状体的形态和结构,以及其在受精后第 5 天(days post fertilization,dpf)后就具有视觉功能,因此斑马鱼眼睛可作为较好的视觉模型,受到视觉科学研究领域的广泛关注。

斑马鱼视网膜位于眼睛的后部,是中枢神经系统中相对简单和容易接近的部分,由六种神经细胞类型和一种胶质细胞类型组成,它们被分成三层不同的神经细胞:光检测感受细胞、信号集合水平细胞和传递信息到大脑的神经节细胞,这与人类的视网膜的细胞组织几乎一致。由于这种相对简单的组成以及视网膜实验操作的可及性,使斑马鱼可作为研究中枢神经系统一个重要的实验系统。

图注:斑马鱼视网膜解剖图

斑马鱼眼部结构发育与人体相同,均由三种不同的胚胎组织发育而来的:神经外胚层产生神经视网膜、视网膜色素上皮、视杆、虹膜扩张器和括约肌以及睫状体;表面外胚层形成晶状体,随后形成结膜和角膜上皮;间充质来源于神经嵴细胞,形成角膜内皮和基质、虹膜基质、睫状肌和血管以及巩膜。

图注:斑马鱼与人眼部发育示意图(a-d:人;e-h:斑马鱼)

斑马鱼在72 hpf有视觉反应,此时视网膜类似于成人视网膜形态,在解剖学(不同视网膜层的结构特征、细胞排列的相似性)和功能上与人类相似。斑马鱼的视网膜结构具有在空间上排列成高度组织化的异型光感受器镶嵌的光感受器亚型,并且由于斑马鱼的昼夜性质,它类似于人类黄斑富含视锥细胞,从而导致具有接近人类的视锥细胞密度的色觉。

图注:斑马鱼与人视网膜横截面切片示意图

(右人;左斑马鱼)

02-功效评价是产品的试金石

“斑马鱼模型助力护眼原料、产品开发”

市场中的护眼类产品琳琅满目,竞争激烈。然而,产品想要赢得市场和口碑,在各类产品市场角逐中脱颖而出,做好功效评价成为至关重要的一环。环特生物凭借在斑马鱼技术领域逾20年的深厚积累,深挖斑马鱼护眼功效评价模型研究,为药物、保健食品、功能性食品等企业提供斑马视力保护模型和斑马鱼抗蓝光模型。

① 斑马鱼视力保护模型

利用基因编辑技术,将lumican基因敲降,建立斑马鱼近视模型。lumican基因编码的光蛋白聚糖是巩膜细胞外基质的重要组成成分,对巩膜的生长代谢及维持巩膜的正常结构具有重要的调节作用。当lumican基因缺失,斑马鱼的眼睛会出现巩膜过度扩张的情况。在此基础上,给予斑马鱼受试样品,通过计算对比模型对照组和受试样品组的视网膜色素上皮直径与巩膜直径的比值,来判断受试样品对斑马鱼视力的保护作用。视网膜色素上皮直径与巩膜直径的比值增大,说明样品具有视力保护作用。

图注:斑马鱼视网膜色素上皮直径/巩膜直径典型图

(红色箭头指视网膜色素上皮直径,黄色箭头指巩膜直径)

②斑马鱼抗蓝光模型

眼睛长时间暴露在蓝光下会导致视网膜细胞的氧化损伤,导致视疲劳。造模原理和人眼蓝光损伤原理一致,通过蓝光光源直接照射斑马鱼,造成斑马鱼眼部损伤,建立斑马鱼抗蓝光模型。在通过给予斑马鱼受试样品,比较模型对照组和受试样品组的眼部凋亡荧光信号强度、眼部病理切片、ROS水平,来判断受试样品对斑马鱼眼睛蓝光损伤后的修复作用。眼部凋亡细胞荧光强度减弱、病理切片显示眼部结构恢复正常,且视网膜细胞凋亡减少、ROS荧光值减弱,均说明样品具有蓝光损伤后的修复作用。

图注:斑马鱼眼凋亡细胞典型图

(模型对照组斑马鱼眼部凋亡细胞荧光强度增强)

图注:斑马鱼眼部病理切片

(模型对照组斑马鱼眼部病理组织学显示视网膜细胞普遍凋亡,表现为细胞固缩、染色质边集)

图注:斑马鱼ROS荧光值

(模型对照组斑马鱼ROS水平升高)

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