Het netvlies is een lichtgevoelig weefsel aan de achterkant van het gewervelde oog dat lichtsignalen omzet in zenuwimpulsen door een biochemisch fenomeen dat bekend staat als de fototransductieroute. De initiële zenuwimpulsen die in de fotoreceptorcellen van het netvlies worden gegenereerd, worden getransduceerd naar andere retinale interneuronen en retinale ganglioncellen (RGC’s) en bereiken de visuele cortex van de hersenen, wat helpt bij beeldperceptie en visuele respons.

Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) zijn naar schatting 1,5 miljoen kinderen blind, waarvan 1 miljoen in Azië. Erfelijke retinale dystrofie (IRD) is een belangrijke blinderende ziekte die 1 op de 4.000 personen wereldwijd treft ^1,2,3, terwijl de prevalentie van blindheid geassocieerd met leeftijdsgebonden maculaire degeneratie (AMD) varieert van 0,6% –^1,1% in ontwikkelingslanden ⁴. IRD’s worden veroorzaakt door erfelijke genetische defecten in meer dan 300 verschillende genen die betrokken zijn bij de ontwikkeling en functie van het netvlies⁵. Dergelijke genetische veranderingen resulteren in de verstoring van normale retinale functies en geleidelijke degeneratie van retinale cellen, namelijk de fotoreceptorcellen en het retinale gepigmenteerde epitheel (RPE), wat leidt tot ernstig verlies van het gezichtsvermogen en blindheid. Er is enorme vooruitgang geboekt in andere verblindende aandoeningen met betrekking tot het hoornvlies, de lens, enz. Retinale dystrofieën en oogzenuwatrofieën hebben tot op heden echter geen bewezen therapie. Aangezien een volwassen menselijk netvlies geen stamcellen^{heeft 6}, kunnen alternatieve bronnen zoals embryonale stamcellen (SER’s) en patiënt-afgeleide geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSC’s) een onbeperkte voorraad van gewenste celtypen bieden en een grote belofte inhouden voor het ontwikkelen van complexe weefselorganoïden die nodig zijn voor in vitro ziektemodelleringsstudies en voor het ontwikkelen van regeneratieve therapieën^{7, 8,9,10}.

Enkele jaren van netvliesonderzoek hebben geleid tot een beter begrip van moleculaire gebeurtenissen die de vroege retinale ontwikkeling orkestreren. De meeste protocollen om retinale cellen en 3D-organoïden uit PSC’s te genereren, hebben tot doel deze ontwikkelingsgebeurtenissen in vitro samen te vatten, door de cellen te kweken in een complexe cocktail van groeifactoren en kleine moleculen om de bekende biologische processen stapsgewijs te moduleren. De aldus gegenereerde retinale organoïden bestaan uit belangrijke retinale cellen: retinale ganglioncellen (RGC’s), interneuronen, fotoreceptoren en retinaal gepigmenteerd epitheel (RPE)11,12,13,14,15,16,17,18,19. Ondanks succesvolle pogingen om IRD’s te modelleren met behulp van retinale organoïden, vormt de behoefte aan de complexe cocktail van groeifactoren en kleine moleculen tijdens differentiatie en de relatief lage efficiëntie van retinale organoïde generatie een grote uitdaging bij de meeste protocollen. Ze omvatten voornamelijk de vorming van embryoïde lichamen, gevolgd door hun stapsgewijze differentiatie in retinale afstammingslijnen met behulp van complexe kweekomstandigheden in verschillende stadia van in vitro ontwikkeling^20,21,22.

Hier wordt een vereenvoudigde en robuuste methode gerapporteerd voor het ontwikkelen van complexe 3D neuro-retinale organoïden uit gezonde controle en retinale ziekte-specifieke hiPSC’s. Het hier beschreven protocol maakt gebruik van directe differentiatie van bijna-confluente hiPSC-culturen zonder dat embryoïde lichaamsvorming nodig is. Ook is de complexiteit van het kweekmedium vereenvoudigd, waardoor het een kosteneffectieve en reproduceerbare techniek is die gemakkelijk door nieuwe onderzoekers kan worden overgenomen. Het gaat om een hybride kweeksysteem bestaande uit aanhangende monolaagculturen gedurende de eerste 4 weken van retinale differentiatie tot het ontstaan van verschillende, zelfgeorganiseerde oogveld primordiale clusters (EFP’s). Verder worden de cirkelvormige neuro-retinale eilanden binnen elke EFP handmatig geplukt en gekweekt in suspensieculturen gedurende 1-2 weken om meerlagige 3D-retinale cups of organoïden te bereiden die bestaan uit PAX6 + en CHX10 ⁺ prolifererende neuro-retinale voorlopers. Uitgebreide kweek van retinale organoïden in 100 μM Taurine-bevattend medium gedurende nog eens 4 weken resulteerde in de opkomst van RCVRN + en CRX ⁺ fotoreceptorvoorlopers en volwassen cellen met rudimentaire binnenste segmentachtige extensies.