Генерация нейронной сетчатки из плюрипотентных стволовых клеток человека

Глаз служит основным источником информации среди органов чувств человека, а сетчатка является основной зрительной сенсорной тканью в глазах млекопитающих¹. Ретинопатия является одной из основных глобальных причин заболеваний глаз, приводящих к слепоте². Около 2,85 миллиона человек во всем мире страдают от различных степеней нарушения зрения, вызванных ретинопатией³. Следовательно, изучение его патогенеза имеет решающее значение для ранней диагностики и своевременного лечения. Большинство исследований ретинопатии человека были в основном сосредоточены на животных моделях ^4,5,6. Однако сетчатка человека представляет собой сложную, многослойную ткань, состоящую из различных типов клеток. Традиционные двумерные (2D) системы клеточных культур и животных моделей, как правило, не в состоянии точно воспроизвести нормальное пространственно-временное развитие и метаболизм лекарств в сетчатке естественного человека ^7,8.

В последнее время технологии 3D-культивирования позволяют создавать тканеподобные органы из плюрипотентных стволовых клеток (ПСК)^9,10. Органоиды сетчатки (РО), полученные из человеческих ПСК в системе 3D-суспензионных культур, не только содержат семь типов клеток сетчатки, но и демонстрируют отчетливую стратифицированную структуру, аналогичную сетчатке человека in vivo 11,12,13. ОО, полученные из ПСХ человека, завоевали популярность и широкую доступность и в настоящее время являются лучшими моделями in vitro для изучения развития и заболевания сетчатки человека^14,15. За последние несколько десятилетий многочисленные исследователи продемонстрировали, что человеческие ПСК, включая эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), могут дифференцироваться в ОО с помощью различных протоколов индукции. Эти достижения обладают огромным потенциалом в ретинопатии для моделирования заболеваний, скрининга лекарств и терапии на основе стволовых клеток 16,17,18.

Однако генерация нервной сетчатки (НР) из плюрипотентных стволовых клеток человека (ПСК) является сложным, громоздким и трудоемким процессом. Кроме того, вариации тканевых органоидов от партии к партии могут привести к снижению воспроизводимости результатов^19,20. Многочисленные внутренние и внешние факторы могут влиять на выход органоидов сетчатки (РО), такие как количество или виды исходных клеток и использование транскрипционных факторов и низкомолекулярных соединений 21,22,23. С тех пор, как в лаборатории Сасаи был создан первый человеческий ОО¹¹, на протяжении многих лет было предложено множество модификаций для повышения простоты и эффективности процесса индукции 13,21,24,25. К сожалению, на сегодняшний день не установлено золотого стандарта для получения ПВ во всех лабораториях. Действительно, существует определенная степень расхождения в ОК в результате различных методов индукции, а также широкий разброс экспрессии маркеров сетчатки и надежности их структуры^22,26. Эти проблемы могут серьезно осложнить сбор образцов и интерпретацию результатов исследования. Таким образом, необходим более консолидированный и надежный протокол дифференциации для достижения максимальной эффективности при минимальной гетерогенности генерации обратного осмоса.

В этом исследовании описывается оптимизированный протокол индукции, основанный на комбинации Kuwahara et ^al.12 и Döpper et ^al.27 с подробными инструкциями. Новый метод значительно снижает вероятность органоидной везикуляции и слияния, повышая успешность генерации НР. Эта разработка имеет большие перспективы для моделирования заболеваний, скрининга лекарств и клеточной терапии при заболеваниях сетчатки.