La retina è un tessuto sensibile alla luce presente nella parte posteriore dell’occhio vertebrato che converte i segnali luminosi in impulsi nervosi da un fenomeno biochimico noto come via di foto-trasduzione. Gli impulsi nervosi iniziali generati nelle cellule fotorecettrici della retina vengono trasdotti ad altri interneuroni retinici e cellule gangliari retiniche (RGC) e raggiungono la corteccia visiva del cervello, che aiuta nella percezione dell’immagine e nella risposta visiva.

Secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), circa 1,5 milioni di bambini sono ciechi, di cui 1 milione in Asia. La distrofia retinica ereditaria (IRD) è una delle principali malattie accecanti che colpisce 1 individuo su 4.000 in tutto il mondo ^1,2,3, mentre la prevalenza della cecità associata alla degenerazione maculare legata all’età (AMD) varia dallo 0,6% all’1,1% nei paesi in via di sviluppo ⁴. Le IRD sono causate da difetti genetici ereditari in oltre 300 diversi geni coinvolti nello sviluppo e nella funzione retinica⁵. Tali cambiamenti genetici provocano l’interruzione delle normali funzioni retiniche e la graduale degenerazione delle cellule retiniche, vale a dire le cellule fotorecettrici e l’epitelio pigmentato retinico (RPE), portando così a gravi perdite della vista e cecità. Sono stati fatti enormi progressi in altre condizioni di accecamento che coinvolgono la cornea, il cristallino, ecc. Tuttavia, le distrofie retiniche e le atrofie del nervo ottico non hanno alcuna terapia comprovata fino ad oggi. Poiché una retina umana adulta non dispone di cellule staminali⁶, fonti alternative come le cellule staminali embrionali (ESC) e le cellule staminali pluripotenti indotte derivate dal paziente (iPSC) possono fornire una fornitura illimitata dei tipi di cellule desiderati e sono molto promettenti per lo sviluppo di organoidi tissutali complessi necessari per studi di modellizzazione di malattie in vitro e per lo sviluppo di terapie rigenerative^{7, 8,9,10}.

Diversi anni di ricerca sulla retina hanno portato a una migliore comprensione degli eventi molecolari che orchestrano lo sviluppo precoce della retina. La maggior parte dei protocolli per generare cellule retiniche e organoidi 3D da PSC mirano a ricapitolare questi eventi di sviluppo in vitro, coltivando le cellule in un complesso cocktail di fattori di crescita e piccole molecole per modulare i processi biologici noti in modo graduale. Gli organoidi retinici così generati sono costituiti dalle principali cellule retiniche: cellule gangliari retiniche (RGC), interneuroni, fotorecettori ed epitelio pigmentato retinico (RPE)11,12,13,14,15,16,17,18,19. Nonostante i tentativi riusciti di modellare gli IRD utilizzando organoidi retinici, la necessità del complesso cocktail di fattori di crescita e piccole molecole durante la differenziazione e l’efficienza relativamente bassa della generazione di organoidi retinici rappresenta una sfida importante per la maggior parte dei protocolli. Includono principalmente la formazione di corpi embrioidi, seguita dalla loro differenziazione graduale in linee retiniche utilizzando condizioni di coltura complesse in diversi stadi di sviluppo in vitro ^20,21,22.

Qui, viene riportato un metodo semplificato e robusto per sviluppare organoidi neuro-retinici 3D complessi da hiPSC di controllo sano e specifiche per malattie retiniche. Il protocollo qui descritto utilizza la differenziazione diretta di colture hiPSC quasi confluenti senza bisogno di formazione di corpi embrioidi. Inoltre, la complessità del terreno di coltura è semplificata, rendendolo una tecnica economica e riproducibile che può essere facilmente adottata dai nuovi ricercatori. Si tratta di un sistema di coltura ibrido costituito da colture monostrato aderenti durante le prime 4 settimane di differenziazione retinica fino alla comparsa di cluster primordiali del campo oculare distinti e auto-organizzati (EFP). Inoltre, le isole neuroretiniche circolari all’interno di ciascun EFP vengono raccolte manualmente e coltivate in colture in sospensione per 1-2 settimane per preparare coppe retiniche 3D multistrato o organoidi costituiti da precursori neuro-retinici proliferanti PAX6+ e CHX10⁺. La coltura estesa di organoidi retinici in terreno contenente taurina da 100 μM per ulteriori 4 settimane ha portato alla comparsa di precursori dei fotorecettori RCVRN+ e CRX⁺ e cellule mature con estensioni rudimentali simili a segmenti interni.