Netthinnen er et lysfølsomt vev som er tilstede på baksiden av vertebratøyet som omdanner lyssignaler til nerveimpulser ved et biokjemisk fenomen kjent som fototransduksjonsveien. De første nerveimpulser generert i fotoreceptorcellene i netthinnen blir transducert til andre retinale interneuroner og retinal ganglionceller (RGC) og når hjernens visuelle cortex, noe som hjelper til med bildeoppfattelse og visuell respons.

Ifølge Verdens helseorganisasjon (WHO) er anslagsvis 1,5 millioner barn blinde, hvorav 1 million er i Asia. Arvelig retinal dystrofi (IRD) er en stor blindende sykdom som rammer 1 av 4000 individer over hele verden ^1,2,3, mens forekomsten av blindhet forbundet med aldersrelatert makuladegenerasjon (AMD) varierer fra 0,6% –^1,1% i utviklingsland ⁴. IRD er forårsaket av arvelige genetiske defekter i over 300 forskjellige gener involvert i retinal utvikling og funksjon⁵. Slike genetiske endringer resulterer i forstyrrelse av normale retinale funksjoner og gradvis degenerasjon av retinale celler, nemlig fotoreceptorcellene og retinalpigmentert epitel (RPE), og fører dermed til alvorlig synstap og blindhet. Enorme fremskritt har blitt gjort i andre blendende forhold som involverer hornhinnen, linsen, etc. Imidlertid har retinal dystrofier og optiske nerveatrofier ingen bevist terapi til dags dato. Siden en voksen menneskelig retina ikke har stamceller⁶, kan alternative kilder som embryonale stamceller (ESC) og pasientavledede induserte pluripotente stamceller (iPSCs) gi en ubegrenset tilførsel av ønskede celletyper og holde et stort løfte om å utvikle komplekse vevsorganoider som kreves for in vitro sykdomsmodelleringsstudier og for å utvikle regenerative terapier^{7, 8,9,10}.

Flere år med retinal forskning har ført til en bedre forståelse av molekylære hendelser som orkestrerer tidlig retinal utvikling. De fleste protokoller for å generere retinale celler og 3D-organoider fra PSC-er tar sikte på å rekapitulere disse utviklingshendelsene in vitro ved å dyrke cellene i en kompleks cocktail av vekstfaktorer og små molekyler for å modulere de kjente biologiske prosessene på en trinnvis måte. De retinale organoider som dermed genereres, består av store retinale celler: retinale ganglionceller (RGC), interneuroner, fotoreceptorer og retinalpigmentert epitel (RPE) 11,12,13,14,15,16,17,18,19. Til tross for vellykkede forsøk på modellering av IRD ved hjelp av retinale organoider, utgjør kravet til den komplekse cocktailen av vekstfaktorer og små molekyler under differensiering og den relativt lave effektiviteten av retinal organoidgenerering en stor utfordring med de fleste protokoller. De inkluderer hovedsakelig dannelsen av embryoidlegemer, etterfulgt av deres trinnvise differensiering i retinale linjer ved bruk av komplekse kulturforhold på forskjellige stadier av in vitro-utvikling ^20,21,22.

Her rapporteres en forenklet og robust metode for å utvikle komplekse 3D neuro-retinale organoider fra sunn kontroll og retinal sykdomsspesifikke hiPSCs. Protokollen beskrevet her benytter direkte differensiering av nærkonfluente hiPSC-kulturer uten behov for embryoid kroppsdannelse. Også kompleksiteten til kulturmediet er forenklet, noe som gjør det til en kostnadseffektiv og reproduserbar teknikk som lett kan adopteres av nye forskere. Det innebærer et hybridkultursystem bestående av adherente monolagskulturer i løpet av de første 4 ukene av retinal differensiering til fremveksten av distinkte, selvorganiserte øyefelt primordiale klynger (EFP). Videre blir de sirkulære nevro-retinale øyene i hver EFP manuelt plukket og dyrket i suspensjonskulturer i 1-2 uker for å forberede flerlags 3D retinale kopper eller organoider bestående av PAX6 + og CHX10 ⁺ prolifererende nevro-retinale forløpere. Utvidet dyrkning av retinale organoider i 100 μM taurinholdig medium i ytterligere 4 uker resulterte i fremveksten av RCVRN + og CRX ⁺ fotoreceptorforløpere og modne celler med rudimentære indre segmentlignende utvidelser.