سلول های بنیادی پرتوان القایی انسانی ارگانوئیدهای شبکیه پاسخ دهنده به نور با کارایی متنوع و وابسته به مواد غذایی را تولید می کنند
تاریخ انتشار: دوشنبه 25 تیر 1397
| امتیاز:
در دسترس بودن مدل های آزمایشگاهی شبکیه انسانی به منظور مطالعات دارویی و سمیت شناسی امری ضروری است. یک گام کلیدی برای ایجاد مدل های آزمایشگاهی شبکیه انسانی توانایی تولید ارگانوئیدهای شبکیه لامینت شده، از نظر فیزیولوژیک دارای عملکرد و پاسخ دهنده به نور از منابع خودنوزا و خاص بیمار است. ما پنج رده سلول بنیادی پرتوان القایی انسانی مختلف را بررسی کردیم و یک تنوع قابل توجه را در کارایی آن ها برای تولید ارگانوئیدهای شبکیه نشان دادیم. برخلاف این تنوع، تا ماه پنجم تمایز، همه ارگانوئیدهای شبکیه مشتق از iPSCها قادر به تولید پاسخ های نوری بودند که بر خلاف نابالغ بودند قابل مقایسه با اولیه ترین پاسخ های نوری ثبت شده از شبکیه نوزاد موش نزدیک به زمان باز شدن چشم ها بود. همه ارگانوئیدهای شبکیه مشتق از iPSCها در این زمان یک لایه شبه هسته ای خارجی به خوبی شکل گرفته که حاوی گیرنده های نوری با قطعات داخلی بود و مژه ها و قطعات شبه خارجی را وصل می کرد، نشان دادند. فرایند تمایز به میزان بسیار زیادی به تراکم کشت سلول و در دسترس بودن مواد غذایی بستگی دارد که بوسیله طراحی آزمایشگاهی فاکتوریال تعیین شد. ما یک پروتکل تمایزی مناسب برای فرت ظروف چند خانه را طراحی کردیم که تولید ارگانوئیدهای شبکیه با اپی تلیوم رنگدانه دار(RPE) شبکیه را تقویت کرد و تکوین سلول های گانگلیون و پاسخ به محرک فیزیولوژیک را بهبود بخشید. ما پاسخ ارگانوئیدهای شبکیه مشتق از iPSCها به ماکسیوفلوکساسین را تست کردیم و شباهت هایی را با شبکیه موشی بالغ در in vivo نشان داد و سلول های تحت تاثیر قرار گرفته اولیه گیرنده های نوری بودند. در مجموع، داده های ما نشان داد که ارگانوئیدهای شبکیه پاسخ دهنده به نور مشتق از رده های iPSC به دقت انتخاب شده و به طور موثر تمایز یافته می توانند در مقیاس دلخواه برای پاسخ های دارویی و غربالگری تولید شوند.
Stem Cells. 2018 Jul 13. doi: 10.1002/stem.2883. [Epub ahead of print]
Human induced pluripotent stem cells generate light responsive retinal organoids with variable and nutrient dependent efficiency.
Hallam D1, Hilgen G2, Dorgau B1, Zhu L1, Yu M1, Bojic S1, Hewitt P3, Schmitt M3, Uteng M4, Kustermann S5, Steel D1, Nicholds M6, Thomas R7, Treumann A8, Porter A8, Sernagor E2, Armstrong L1, Lako M1.
Abstract
The availability of in vitro models of the human retina in which to perform pharmacological and toxicological studies is an urgent and unmet need. An essential step for developing in vitro models of human retina is the ability to generate laminated, physiologically functional and light-responsive retinal organoids from renewable and patient specific sources. We investigated five different human induced pluripotent stem cell (iPSC) lines and showed a significant variability in their efficiency to generate retinal organoids. Despite this variability, by month 5 of differentiation, all iPSC-derived retinal organoids were able to generate light responses, albeit immature, comparable to the earliest light responses recorded from the neonatal mouse retina, close to the period of eye opening. All iPSC-derived retinal organoids exhibited at this time a well-formed outer nuclear like layer containing photoreceptors with inner segments, connecting cilium and outer like segments. The differentiation process was highly dependent on seeding cell density and nutrient availability determined by factorial experimental design. We adopted the differentiation protocol to a multiwell plate format which enhanced generation of retinal organoids with retinal pigmented epithelium (RPE) and improved ganglion cell development and the response to physiological stimuli. We tested the response of iPSC-derived retinal organoids to Moxifloxacin and showed that similarly to in vivo adult mouse retina, the primary affected cell types were photoreceptors. Together our data indicate that light responsive retinal organoids derived from carefully selected and differentiation efficient iPSC lines can be generated at the scale needed for pharmacology and drug screening purposes.
PMID: 30004612