Сетчатка представляет собой светочувствительную ткань, присутствующую в задней части глаза позвоночных, которая преобразует световые сигналы в нервные импульсы с помощью биохимического явления, известного как путь фототрансдукции. Начальные нервные импульсы, генерируемые в фоторецепторных клетках сетчатки, передаются другим интернейронам сетчатки и ганглиозным клеткам сетчатки (RGC) и достигают зрительной коры головного мозга, что помогает в восприятии изображения и визуальной реакции.

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), примерно 1,5 миллиона детей слепы, из которых 1 миллион находится в Азии. Наследственная дистрофия сетчатки (ВМД) является основным заболеванием, приводящим к слепоте, которое поражает 1 из 4 000 человек во всем мире ^1,2,3, в то время как распространенность слепоты, связанной с возрастной макулярной дегенерацией (ВМД), колеблется от 0,6% до ^1,1% в развивающихся странах ⁴. IRD вызваны наследственными генетическими дефектами в более чем 300 различных генах, участвующих в развитии и функционировании сетчатки⁵. Такие генетические изменения приводят к нарушению нормальных функций сетчатки и постепенной дегенерации клеток сетчатки, а именно фоторецепторных клеток и пигментного эпителия сетчатки (RPE), что приводит к тяжелой потере зрения и слепоте. Огромный прогресс был достигнут в других условиях ослепления, связанных с роговицей, хрусталиком и т. Д. Однако дистрофии сетчатки и атрофии зрительного нерва на сегодняшний день не имеют доказанной терапии. Поскольку сетчатка взрослого человека не имеет стволовых клеток⁶, альтернативные источники, такие как эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), полученные от пациента, могут обеспечить неограниченный запас желаемых типов клеток и иметь большие перспективы для разработки сложных тканевых органоидов, необходимых для исследований моделирования заболеваний in vitro и для разработки регенеративной терапии^{7, 8,9,10}.

Несколько лет исследований сетчатки привели к лучшему пониманию молекулярных событий, которые организуют раннее развитие сетчатки. Большинство протоколов для получения клеток сетчатки и 3D-органоидов из PSC направлены на повторение этих событий развития in vitro путем культивирования клеток в сложном коктейле факторов роста и малых молекул для поэтапной модуляции известных биологических процессов. Образующиеся таким образом органоиды сетчатки состоят из основных клеток сетчатки: ганглиозных клеток сетчатки (RGCs), интернейронов, фоторецепторов и пигментного эпителия сетчатки (RPE)11,12,13,14,15,16,17,18,19. Несмотря на успешные попытки моделирования IRD с использованием органоидов сетчатки, потребность в сложном коктейле факторов роста и малых молекул во время дифференцировки и относительно низкая эффективность генерации органоидов сетчатки представляют собой серьезную проблему для большинства протоколов. Они в основном включают образование эмбриоидных тел с последующей их ступенчатой дифференцировкой в линии сетчатки с использованием сложных условий культивирования на разных стадиях развития in vitro ^20,21,22.

Здесь сообщается об упрощенном и надежном методе разработки сложных 3D-нейроретинальных органоидов из здоровых контрольных и специфических для заболевания сетчатки ИПСК. Описанный здесь протокол использует прямую дифференциацию почти сливающихся культур hiPSC без необходимости формирования эмбриоидных тел. Кроме того, сложность питательной среды упрощается, что делает ее экономически эффективным и воспроизводимым методом, который может быть легко принят новыми исследователями. Он включает в себя гибридную культуральную систему, состоящую из адгезивных монослойных культур в течение первых 4 недель дифференцировки сетчатки до появления отчетливых, самоорганизующихся первичных кластеров глазного поля (EFP). Кроме того, круглые нейроретинальные островки внутри каждого EFP вручную собирают и выращивают в суспензионных культурах в течение 1-2 недель для получения многослойных 3D-чашек сетчатки или органоидов, состоящих из пролиферирующих предшественников нейроретинальности PAX6+ и CHX10⁺. Расширенное культивирование органоидов сетчатки в 100 мкМ тауринсодержащей среде в течение еще 4 недель привело к появлению предшественников фоторецепторов RCVRN+ и CRX⁺ и зрелых клеток с рудиментарными внутренними сегментоподобными расширениями.