미세아교세포(Microglia)를 이용한 망막 오가노이드 조립
Summary
미세아교세포는 망막에 존재하는 독특한 면역 세포로, 다양한 망막 퇴행성 질환에서 중요한 역할을 합니다. 미세아교세포와 망막 오가노이드의 공동 배양 모델을 생성하면 망막 질환의 발병 기전 및 발병 진행 상황을 더 잘 이해할 수 있습니다.
Abstract
인간 망막의 접근성이 제한적으로 인해 망막 오가노이드(RO)는 인간 망막 질환을 연구하는 데 가장 적합한 모델이며, 이를 통해 망막 발달 메커니즘과 망막 질환의 발생을 밝힐 수 있습니다. 미세아교세포(MG)는 망막과 중추신경계(CNS)에 있는 독특한 대식세포로, 중요한 면역 기능을 수행합니다. 그러나 망막 오가노이드는 분화 기원이 난황낭이기 때문에 미세아교세포가 없습니다. 이러한 망막 질환에서 미세아교세포의 구체적인 발병 기전은 불분명합니다. 따라서 미세아교세포에 통합된 망막 오가노이드 모델의 확립이 필요한 것으로 밝혀졌습니다. 여기에서 우리는 인간 줄기세포에서 유래한 미세아교세포와 망막 오가노이드의 공동 배양 모델을 성공적으로 구축했습니다. 이 기사에서는 미세아교세포를 분화한 후 초기 단계에서 망막 오가노이드와 공동 배양했습니다. 면역 세포의 통합으로서 이 모델은 망막 및 CNS 관련 질환의 발병 기전 및 치료에 대한 심층적인 연구를 용이하게 하기 위해 망막 질환 모델링 및 약물 스크리닝에 최적화된 플랫폼을 제공합니다.
Introduction
인간 망막의 제한된 소스로서 인간 줄기 세포를 3차원(3D) 망막 오가노이드로 분화하는 것은 망막1을 시뮬레이션하기 위한 유망한 in vitro 모델을 나타냅니다. 망막에는 광수용체(photoreceptor), 망막 신경절 세포(retinal ganglion cell), 양극성 세포(bipolar cell), 뮐러 세포(Müller cell), 수평 세포(horizontal cells), 성상교세포(astrocyte) 등 다양한 세포 유형이 포함되어 있다2. 이 모델은 망막 발달 메커니즘과 망막 질환의 발병 기전을 모방하고 연구할 수 있게 합니다. 그러나 방향성 분화 방법으로 인해 망막 오가노이드는 신경외배엽3에서 파생되었으며, 난황낭의 미세아교세포 및 중배엽 4,5,6의 혈관 주위 세포와 같이 다른 생식층에서 유래하는 다른 많은 세포 유형이 부족했습니다.
현재 색소성 망막염7, 녹내장8, 망막모세포종9와 같은 많은 망막 질환이 망막 내 미세아교세포와 밀접한 관련이 있는 것으로 입증되었습니다. 그러나 적절한 연구 모델이 없기 때문에 미세아교세포와 이러한 질병 사이의 관계를 설명하는 구체적인 메커니즘은 여전히 불분명합니다. 마우스는 망막 질환을 연구하는 데 유리한 모델로 사용되었지만, 최근 연구에서는 수명, 증식 속도 및 인간 상동 유전자의 부재 측면에서 마우스와 인간 미세아교세포 간의 중요한 차이점을 강조했습니다10,11. 이러한 발견은 마우스 모델에서 도출된 결론이 완전히 신뢰할 수 없을 수 있음을 시사하며, 미세아교세포를 포함하는 인간 망막 오가노이드를 구성하는 것의 중요성을 강조합니다.
지난 수십 년 동안 망막 오가노이드의 3D 분화를 위한 다양한 방법이 개발되었습니다12,13. 망막 오가노이드 내에서 미세아교세포의 공동 배양 작업을 촉진하기 위해, 우리는 부착 배양에서 현탁 배양으로의 전환을 포함하는 분화 방법을 선택했습니다. 이 접근법은 미세아교세포를 망막 오가노이드에 성공적으로 통합하여 최소 60일 동안 유지할 수 있도록 합니다14.
Protocol
Representative Results
Discussion
인간 망막의 가용성이 제한되어 있기 때문에 현재 망막 염증 반응에 대한 우리의 이해는 거의 동물 모델에서 비롯된 것입니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 망막 오가노이드를 분화했습니다. 망막 오가노이드 모델의 개발은 질병 모델링 및 치료법 개발을 위해 인간 망막의 복잡성을 요약하는 것을 목표로 하는 활발한 연구 분야입니다. 여러 연구에서 인간 만능 줄기 세포 1,…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 중국 국립 자연 과학 재단 (82101145)과 베이징 자연 과학 재단 (Z200014)의 지원을 받았습니다.
Materials
| Acctuase | Stemcell Technologies | 07920 | |
| Advanced DMEM/F12 | Thermo | 12634-010 | |
| Anti-CRX(M02) | abnova | H00001406-M02 | Antibody; dilution as per the manufacturer's instructions |
| Anti-IBA1 | Abcam | ab5076 | Antibody; dilution as per the manufacturer's instructions |
| B27 | Life Technologies | 17105-041 | |
| Dispase (1U/mL) | Stemcell Technologies | 07923 | |
| DMEM basic | Gibco | 10566-016 | |
| DMEM/F12 | Gibco | 10565-042 | |
| DPBS | Gibco | C141905005BT | |
| EDTA | Thermo | 15575020 | |
| F12 | Gibco | 11765-054 | |
| FBS | Biological Industry | 04-002-1A | |
| Gelatin | Sigma | G7041-100G | Solid |
| Glutamax | Gibco | 35050-061 | |
| H9 cell line | WiCell Research Institute | ||
| IL-3 | RD Systems | 203-IL-050 | |
| IL-34 | PeproTech | 200-34-50UG | |
| KSR | Gibco | 10828028 | |
| Matrix | Corning | 356231 | |
| M-CSF | RD Systems | 216-MC-500 | |
| MEM Non-essential Amino Acid Solution | Sigma | M7145 | |
| N2 | Life Technologies | 17502-048 | |
| Neurobasal | Gibco | 21103-049 | |
| Pen/strep | Gibco | 15140-122 | |
| Stem cell medium | Stemcell Technologies | 5990 | |
| Taurine | Sigma | T-8691-25G | |
| X-ViVO | LONZA | 04-418Q | |
| Y27632 | Selleck | S1049 | |
| β-mercaptoethanol | Life Technologies | 21985-023 |
Referenzen
- Cowan, C. S., et al. Cell types of the human retina and its organoids at single-cell resolution. Cell. 182 (6), 1623-1640.e34 (2020).
- Zhang, X., Jin, Z. B. Directed induction of retinal organoids from human pluripotent stem cells. J Vis Exp. (170), e62298 (2021).
- Eiraku, M., et al. Self-organizing optic-cup morphogenesis in three-dimensional culture. Nature. 472 (7341), 51-56 (2011).
- Ginhoux, F., et al. Fate mapping analysis reveals that adult microglia derive from primitive macrophages. Science. 330 (6005), 841-845 (2010).
- Kierdorf, K., et al. Microglia emerge from erythromyeloid precursors via pu.1- and irf8-dependent pathways. Nat Neurosci. 16 (3), 273-280 (2013).
- Schulz, C., et al. A lineage of myeloid cells independent of myb and hematopoietic stem cells. Science. 336 (6077), 86-90 (2012).
- O’koren, E. G., et al. Microglial function is distinct in different anatomical locations during retinal homeostasis and degeneration. Immunity. 50 (3), 723-737.e7 (2019).
- Margeta, M. A., et al. Apolipoprotein E4 impairs the response of neurodegenerative retinal microglia and prevents neuronal loss in glaucoma. Immunity. 55 (9), 1627-1644.e7 (2022).
- Xu, J., et al. Enhanced innate responses in microglia derived from retinoblastoma patient-specific IPSCs. Glia. 72 (5), 872-884 (2024).
- Gosselin, D., et al. An environment-dependent transcriptional network specifies human microglia identity. Science. 356 (6344), eaal3222 (2017).
- Galatro, T. F., et al. Transcriptomic analysis of purified human cortical microglia reveals age-associated changes. Nat Neurosci. 20 (8), 1162-1171 (2017).
- Nakano, T., et al. Self-formation of optic cups and storable stratified neural retina from human ESCs. Cell Stem Cell. 10 (6), 771-785 (2012).
- Kim, S., et al. transcriptome profiling, and functional validation of cone-rich human retinal organoids. Proc Natl Acad Sci U S A. 116 (22), 10824-10833 (2019).
- Gao, M. L., et al. Functional microglia derived from human pluripotent stem cells empower retinal organ. Sci China Life Sci. 65 (6), 1057-1071 (2022).
- Zhang, X., Jin, Z. B. Reconstruct human retinoblastoma in vitro. J Vis Exp. (188), e62629 (2022).
- Park, D. S., et al. IPS-cell-derived microglia promote brain organoid maturation via cholesterol transfer. Nature. 623 (7986), 397-405 (2023).
- Usui-Ouchi, A., et al. Integrating human ipsc-derived macrophage progenitors into retinal organoids to generate a mature retinal microglial niche. Glia. 71 (10), 2372-2382 (2023).
- Chichagova, V., et al. Incorporating microglia-like cells in human induced pluripotent stem cell-derived retinal organoids. J Cell Mol Med. 27 (3), 435-445 (2023).
