科学家用干细胞培育出3D视网膜

最近，德国的研究人员开发出了一种有效的方法，用小鼠或人类来源的干细胞，制备3D视网膜类器官，其可以模拟器官的组织机构。这一研究成果，于3月31日发表在《Stem Cell Reports》，为视网膜的生长、损伤和修复，提供了新的视角。

　　

生物通报道：目前，干细胞科学已经取得了一定进展，因此，现在研究人员可以分享制备人类视网膜的方法，视网膜是眼睛的一部分，对光线很敏感。早在2014年6月，美国科学家就利用人类诱导多能干细胞，在实验室中培育出具有三维结构、对光敏感的微型视网膜，为将来治疗视网膜疾病乃至失眠患者带来了希望（科学家用干细胞培育出微型视网膜）。随后的7月份，哥伦比亚大学的研究人员研制出一种方法，为色素性视网膜炎患者开发出个性化基因疗法。该方法首次利用诱导多能干细胞（iPS）技术，将皮肤细胞转化为视网膜细胞，然后将其作为一个患者特异性疾病模型，用于疾病的研究和临床前试验（Molecular Therapy：个性化基因疗法治疗眼疾）。

随着CRISPR技术的迅猛发展，2015年12月，美国约翰霍普金斯大学的研究人员，开发出一种方法，利用CRISPR技术，有效地将人类干细胞转化为视网膜神经节细胞。这些细胞的死亡和功能障碍可导致一些疾病患者的视力丧失，如青光眼和多发性硬化症（用CRISPR制备视网膜神经细胞）。

最近，德国的研究人员开发出了另一种有效的方法，用小鼠或人类来源的干细胞，制备3D视网膜类器官，其可以模拟器官的组织机构。这一研究成果，于3月31日发表在《Stem Cell Reports》，为视网膜的生长、损伤和修复，提供了新的视角。

本文资深作者、德国神经退行性疾病中心(DZNE)的Mike Karl指出：“我们的目标不仅仅是制备一个最接近于真正视网膜的东西，而且也可能利用该系统的灵活性，来产生更多不同的方法，研究视网膜组织。我们需要尊重每种方法。”

干细胞技术有可能为年龄相关失明等疾病，开发治疗方法，随着临床研究人员将细胞应用于新的疗法，像Karl这样的干细胞生物学家，一直在努力理解从较低的脊椎动物到人类的神经元再生，这可能以更间接的方式有助于再生医学。

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例如，Karl实验室中所开发的3D视网膜类器官（由第一作者Manuela Volkner带领的一项研究），可有效地复制视网膜的形成。这特别包括测光圆状细胞，现在研究人员可以在他们的迷你视网膜中大量产生这种细胞。在受视网膜变性影响的患者中，锥体光感受器——负责高灵敏度和色觉，是最珍贵的视网膜细胞类型，可用于未来的细胞替代疗法。

Karl和他的同事们，将人类和小鼠多能干细胞来源的视网膜类器官，和活体小鼠视网膜进行了比较研究，支持了新类器官制备程序的强大力量。Karl说：“类器官系统中的组织异质性是一个重大的挑战，在这里，我们的研究提供了新的认识，这将有助于开发基于类器官的特定模型，特别可靠地研究视网膜疾病机制。”

Karl说：“即使我们新增加了现有的类器官系统，我们还没有到达非专业人员制备这些模型所需要的那个稳健性临界点。”

Karl实验室对迷你视网膜制备程序做了修改，这包括：在眼部发育的早期阶段，将从干细胞制备的视网膜类器官分成三块。这些碎片——看起来像小的半月状，最终成长为视网膜中发现的全套细胞，从而使视网膜类器官的产量增加了高达4倍——相比之前的程序。一块三等分碎片，也能刺激幸存的类器官生长，达到类似于未切的类器官的规模。这些迷你视网膜在培养皿中游来游去，因为它们不附着于表面，因此在发育过程中能更好地反映视网膜组织的结构。

Karl的下一个目标，是使这种3D“迷你视网膜”更加复杂，也许通过引入血管，以及使用这些类器官来研究不同神经细胞的再生和功能——特别是来自人类视网膜的神经元。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Retinal Organoids from Pluripotent Stem Cells Efficiently Recapitulate Retinogenesis
Summary: The plasticity of pluripotent stem cells provides new possibilities for studying development, degeneration, and regeneration. Protocols for the differentiation of retinal organoids from embryonic stem cells have been developed, which either recapitulate complete eyecup morphogenesis or maximize photoreceptor genesis. Here, we have developed a protocol for the efficient generation of large, 3D-stratified retinal organoids that does not require evagination of optic-vesicle-like structures, which so far limited the organoid yield. Analysis of gene expression in individual organoids, cell birthdating, and interorganoid variation indicate efficient, reproducible, and temporally regulated retinogenesis. Comparative analysis of a transgenic reporter for PAX6, a master regulator of retinogenesis, shows expression in similar cell types in mouse in vivo, and in mouse and human retinal organoids. Early or late Notch signaling inhibition forces cell differentiation, generating organoids enriched with cone or rod photoreceptors, respectively, demonstrating the power of our improved organoid system for future research in stem cell biology and regenerative medicine.