哺乳類^の眼では、網膜が主要な視覚感覚組織であり、ヒトの感覚器官の中では眼が主要な情報源となっている1。網膜症は、眼疾患の主要な原因の1つであり、失明につながります²。世界では約285万人が網膜症によるさまざまな程度の視力障害に苦しんでいます³。したがって、その病因を調査することは、早期診断とタイムリーな治療のために重要です。ヒト網膜症に関するほとんどの研究は、主に動物モデルに焦点を当てています^4,5,6。しかし、ヒトの網膜は、さまざまな種類の細胞からなる複雑で多層的な組織です。従来の2次元(2D)細胞培養および動物モデルシステムは、通常、天然のヒト網膜の正常な時空間発生と薬物代謝を忠実に再現することができません^7,8。

最近では、多能性幹細胞(PSC)から組織様臓器を作製する3D培養技術が進化しています^9,10。3D浮遊培養系でヒトPSCから作製された網膜オルガノイド(RO)は、7種類の網膜細胞を含むだけでなく、in vivoでヒト網膜に類似した明確な層状構造を示します11,12,13。ヒトPSC由来ROは人気を博し、広く入手可能であり、現在、ヒト網膜の発症と疾患を研究するための最良のin vitroモデルです^14,15。過去数十年にわたり、多くの研究者が、胚性幹細胞(ESC)や人工多能性幹細胞(iPS細胞)などのヒトPSCが、さまざまな誘導プロトコルを使用してROに分化できることを実証してきました。これらの進歩は、網膜症において、疾患モデリング、薬物スクリーニング、幹細胞ベースの治療に大きな可能性を秘めています16,17,18。

しかし、ヒト多能性幹細胞(PSC)から神経網膜(NR)を作製することは、複雑で煩雑で時間のかかるプロセスです。さらに、組織オルガノイドのバッチ間のばらつきは、結果の再現性の低下につながる可能性があります^19,20。網膜オルガノイド(RO)の収量には、出発細胞の数や種、転写因子や低分子化合物の使用など、多くの内因性および外因性因子が影響を与える可能性があります21,22,23。最初のヒトROが笹井研究室¹¹によって生成されて以来、誘導プロセスの容易さと有効性を高めるために、長年にわたって複数の修正が提案されてきました^13,21,24,25。残念ながら、今日まで、すべてのラボでROを生成するためのゴールドスタンダードプロトコルは確立されていません。実際、異なる誘導方法に起因するROにはある程度の不一致があり、網膜マーカーの発現とその構造の堅牢性には大きなばらつきがあります^22,26。これらの問題は、サンプル収集と研究結果の解釈を著しく複雑にする可能性があります。したがって、RO生成の不均一性を最小限に抑えて効率を最大化するには、より統合された堅牢な微分プロトコルが必要です。

この研究では、Kuwahara et ^al.12 と Döpper et ^al.27 の組み合わせに基づいて最適化された誘導プロトコルと詳細な手順について説明します。この新しい方法は、オルガノイドの小胞化と融合の可能性を大幅に減らし、NRの生成の成功率を高めます。この開発は、網膜疾患の疾患モデリング、薬物スクリーニング、細胞治療への応用に大きな期待が寄せられています。