Neuraal netvlies genereren uit menselijke pluripotente stamcellen

Het oog dient als de primaire bron van informatie onder de menselijke zintuigen, waarbij het netvlies het belangrijkste visuele sensorische weefsel is in de ogen van^zoogdieren1. Retinopathie is een van de belangrijkste wereldwijde oorzaken van oogziekten, wat leidt tot^blindheid. Wereldwijd lijden ongeveer 2,85 miljoen mensen aan verschillende gradaties van slechtziendheid als gevolg van retinopathie³. Daarom is het onderzoeken van de pathogenese cruciaal voor een vroege diagnose en tijdige behandeling. De meeste onderzoeken naar retinopathie bij de mens hebben zich voornamelijk gericht op diermodellen ^4,5,6. Het menselijk netvlies is echter een complex, meerlagig weefsel dat bestaat uit verschillende celtypen. Traditionele tweedimensionale (2D) celkweek- en diermodelsystemen slagen er doorgaans niet in om de normale spatiotemporele ontwikkeling en het geneesmiddelmetabolisme van het oorspronkelijke menselijke netvlies getrouw te recapituleren ^7,8.

Onlangs zijn 3D-kweektechnieken geëvolueerd om weefselachtige organen te genereren uit pluripotente stamcellen (PSC’s)^9,10. Retinale organoïden (RO’s) gegenereerd uit menselijke PSC’s in een 3D-suspensiekweeksysteem bevatten niet alleen zeven retinale celtypen, maar vertonen ook een duidelijke gelaagde structuur die lijkt op het menselijke netvlies in vivo 11,12,13. Menselijke PSC-afgeleide RO’s hebben aan populariteit gewonnen en zijn wijdverbreid beschikbaar en zijn momenteel de beste in vitro modellen voor het bestuderen van de ontwikkeling en ziekte van het menselijk netvlies^14,15. In de afgelopen decennia hebben talloze onderzoekers aangetoond dat menselijke PSC’s, waaronder embryonale stamcellen (ESC’s) en geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSC’s), kunnen differentiëren in RO’s met behulp van verschillende inductieprotocollen. Deze vooruitgang heeft een enorm potentieel in retinopathie voor ziektemodellering, screening van geneesmiddelen en op stamcellen gebaseerde therapieën 16,17,18.

Het genereren van neuraal netvlies (NR) uit menselijke pluripotente stamcellen (PSC’s) is echter een complex, omslachtig en tijdrovend proces. Bovendien kunnen batch-to-batch variaties in weefselorganoïden leiden tot een lagere reproduceerbaarheid van de resultaten^19,20. Talrijke intrinsieke en extrinsieke factoren kunnen de opbrengst van retinale organoïden (RO’s) beïnvloeden, zoals het aantal of de soort startcellen en het gebruik van transcriptiefactoren^{en verbindingen met} kleine moleculen^. Sinds de eerste menselijke RO werd gegenereerd door het Sasai-laboratorium¹¹, zijn er in de loop der jaren meerdere wijzigingen voorgesteld om het gemak en de effectiviteit van het inductieproces te verbeteren 13,21,24,25. Helaas is er tot op heden geen gouden standaardprotocol opgesteld voor het genereren van RO’s in alle laboratoria. Er is inderdaad een zekere mate van discrepantie in RO’s als gevolg van verschillende inductiemethoden, evenals een grote variatie in de expressie van retinale markers en de robuustheid van hun structuur^22,26. Deze problemen kunnen het verzamelen van monsters en de interpretatie van onderzoeksresultaten ernstig bemoeilijken. Daarom is een meer geconsolideerd en robuust differentiatieprotocol nodig om de efficiëntie te maximaliseren met minimale heterogeniteit van RO-generatie.

Deze studie beschrijft een geoptimaliseerd inductieprotocol op basis van een combinatie van Kuwahara et ^al.12 en Döpper et ^al.27 met gedetailleerde instructies. De nieuwe methode vermindert de kans op vesiculatie en fusie van organoïden aanzienlijk, waardoor het slagingspercentage van het genereren van NR toeneemt. Deze ontwikkeling is veelbelovend voor ziektemodellering, medicijnscreening en celtherapietoepassingen voor netvliesaandoeningen.