به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در داخل چشم انسان، شبکیه شامل چندین نوع سلول است، فوتورسپتورها (سلول‌های حساس به نور) باعث شروع زنجیره‌ای از رویدادها می‌شوند که به دیدن منجر می‌شود. آسیب به فوتورسپتورها،از طریق  بیماری‌های تحلیل‌برنده، منجر به اختلالات دائمی بینایی یا نابینایی می‌شود.

بیماری‌های تحلیل‌برنده شبکیه خارجی

بیماری‌های تحلیل‌برنده شبکیه خارجی (RDDs) و آسیب‌هایی که منجر به از دست دادن فوتورسپتورها (PR) می‌شوند، از علل عمده نابینایی در سراسر جهان هستند. در حالی که پیشرفت‌های قابل توجهی در تولید فوتورسپتورهای مشتق شده از سلول‌های بنیادی پرپتوتنت انسانی (hPSC) حاصل شده است، تولید پایدار فوتورسپتورها از سلول‌های بنیادی پرپتوتنت خوک (PSC-PRs)، که یک مدل حیوانی بزرگ پیش‌بالینی محبوب است، می‌تواند راهی برای جمع‌آوری داده‌های عملکردی و ایمنی گونه‌های مشابه با انسان باشد تا مطالعات پیوندی انسانی را تکمیل کند. در راستای این هدف، ما تولید بسیار کارآمد ارگانوئیدهای شبکیه (ROs) مشتق شده از سلول‌های بنیادی پرپتوتنت القا شده خوک (piPSC) با تمرکز بر فوتورسپتور را با استفاده از اصلاحات در پروتکل تمایز ارگانوئیدهای شبکیه hPSC مستقر خود شرح می‌دهیم. ارگانوئیدهای شبکیه iPSC خوک با استفاده از ایمنوسیتوشیمی (ICC) و توالی‌یابی RNA سلول منفرد (scRNA-seq) بررسی شدند که نشان‌دهنده وجود و بلوغ انواع اصلی سلول‌های شبکیه عصبی، از جمله فوتورسپتورها و سلول‌های گانگلیون شبکیه است که امضاهای مولکولی مشابه با آنهایی که در ارگانوئیدهای شبکیه hPSC یافت می‌شود، دارند. در ارگانوئیدهای شبکیه piPSC در مراحل انتهایی، یک اپی‌تلیوم عصبی خارجی به‌شدت سازمان‌دهی شده مشاهده شد که شامل میله‌ها و مخروط‌ها با بخش‌های خارجی و ترمینال‌های آکسونی است که نشانگرهای پیش‌سیناپسی را در کنار ترمینال‌های دندریتی سلول‌های دوقطبی نشان می‌دهد. وجود خطوط سلولی piPSC و پروتکل‌هایی که از تولید مقیاس‌پذیر و تکرارپذیر ارگانوئیدهای شبکیه زنانه و مردانه پشتیبانی می‌کنند، مطالعات پیوندی در مدل‌های خوک آسیب شبکیه و بیماری‌های تحلیل‌برنده شبکیه را تسهیل می‌کند، بدون اینکه تحت تأثیر ناسازگاری‌های ایمنی و تکاملی ذاتی پیوندهای انسانی قرار گیرد.

درمان جایگزینی سلول‌های بنیادی با استفاده از فوتورسپتورهای کشت‌شده در آزمایشگاه

دیوید گم، مدیر مؤسسه تحقیقات چشم مک‌فرسون دانشگاه ویسکانسین–مدیسون و استاد بیماری‌های چشمی و علوم بینایی، می‌گوید که درمان جایگزینی سلول‌های بنیادی با استفاده از فوتورسپتورهای کشت‌شده در آزمایشگاه یک استراتژی امیدوارکننده برای مبارزه با بیماری‌های شبکیه است. چالش این است که درمان‌های سلولی بنیادی که هدفشان جایگزینی فوتورسپتورها است، ابتدا باید در حیوانات آزمایش شوند. از آنجایی که سلول‌های انسانی در گونه‌های دیگر سازگار نیستند و به سرعت پس از پیوند رد می‌شوند، ارزیابی پتانسیل آنها دشوار است. شبکیه‌های خوک و انسان ویژگی‌های کلیدی مشترک زیادی دارند که باعث می‌شود خوک‌ها مدل‌های مناسبی برای بیماری‌های شبکیه انسانی و آزمایش درمان‌های چشمی باشند. دیوید گم می‌گوید: "با آزمایش فوتورسپتورهای معادل انسانی در خوک‌ها، می‌توانیم درک بهتری از آنچه که این سلول‌ها می‌توانند انجام دهند، بدست آوریم، به شرطی که به سرعت توسط حیوان میزبان مورد حمله قرار نگیرند." در یک مطالعه جدید منتشر شده در مجله Stem Cell Reports، آزمایشگاه گم با محققان مؤسسه تحقیقات مورگریج همکاری کرده است تا ارگانوئیدهای رتینال خوک کشت‌شده در آزمایشگاه را توسعه دهند. آنها دریافتند که فوتورسپتورهای مشتق‌شده از خوک شباهت‌های زیادی با آنهایی دارند که از ارگانوئیدهای شبکیه انسانی ساخته شده‌اند.

تولید ارگانوئیدهای شبکیه خوک

کیم ادواردز، دانشجوی تحصیلات تکمیلی در آزمایشگاه گم و نویسنده اول این مطالعه، می‌گوید: "این اولین باری است که ارگانوئیدهای شبکیه خوک ساخته شده‌اند و این اولین باری است که مقایسه‌ای از ارگانوئیدهای شبکیه انسانی با ارگانوئیدهای یک گونه دیگر انجام می‌دهیم." ارگانوئیدها توده‌های کوچکی از بافت هستند - به اندازه یک پین بزرگ - که از صدها هزار سلول تشکیل شده‌اند و به دانشمندان این امکان را می‌دهند که تعاملات و شرایط سلولی در یک بافت یا ارگان انسانی را در یک محیط کنترل‌شده در ظرف آزمایشگاه بازسازی کنند. دیوید گم می‌گوید: "سلول‌های فوتورسپتور در ارگانوئیدهای انسانی می‌توانند به نور پاسخ دهند و از طریق اتصالات سیناپسی با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. برای تعیین اینکه آیا می‌توانند داخل شبکیه آسیب‌دیده ارتباط برقرار کنند و بینایی را بازسازی کنند، باید آنها را در خوک‌ها پیوند بزنیم و آزمایش کنیم."

ساخت سلول‌های بنیادی پرپتوتنت انسانی

ادواردز می‌گوید که برای ساخت ارگانوئیدهای با کیفیت، مهم است که از سلول‌های بنیادی با کیفیت استفاده شود. آنها با پروفسور لی‌فانگ "جک" چو از دانشگاه کلگری، که پیش از این یک پست‌داک در آزمایشگاه جیمی تامسون در مؤسسه مورگریج بود، همکاری کردند تا سلول‌های بنیادی پرپتوتنت خوک را بدست آورند. رون استوارت، محقق مؤسسه مورگریج در بیولوژی محاسباتی می‌گوید: آزمایشگاه تامسون در ساخت سلول‌های بنیادی پرپتوتنت انسانی موفق بوده است، اما ساخت این سلول‌ها برای گونه‌های دیگر مانند خوک واقعاً چالش‌برانگیز است. جک این مشکل را حل کرده و در آزمایشگاه جدید خود پیشرو است." پس از تولید موفق سلول‌های بنیادی پرپتوتنت خوک، چالش بعدی ترغیب آنها به تمایز به سلول‌های شبکیه بود. ادواردز ابتدا از پروتکل ارگانوئید انسانی آزمایشگاه گم استفاده کرد تا ببیند آیا می‌تواند با سلول‌های بنیادی خوک کار کند. این پروتکل زمان‌بندی را بر اساس دوره بارداری انسان (40 هفته) تنظیم کرده بود، اما آنها متوجه شدند که بارداری خوک تنها حدود نیمی از این مدت است. بنابراین، دانشمندان فکر کردند که اگر از همان پروتکل استفاده کنند اما زمان‌بندی آن را نصف کنند چه خواهد شد؟ ادواردز می‌گوید: "ما توانستیم تعداد زیادی ارگانوئید شبکیه تولید کنیم که واقعاً هیجان‌انگیز بود. این یک اثبات مفهوم خوب است که نشان می‌دهد اگر بخواهیم به نوع خاصی از سلول تمایز یابیم، باید به تفاوت‌های دوره بارداری و تفاوت‌های ذاتی بین سلول‌ها توجه کنیم."

شیوه مطالعاتی

آنها از تکنیک‌های ایمنوسیتوشیمی برای شناسایی پروتئین‌های مرتبط با سلول‌های شبکیه در مراحل اولیه و late-stage توسعه در مدل‌های ارگانوئید خوک و انسان استفاده کردند. برای تجزیه و تحلیل بیشتر، آزمایشگاه گم با زیست‌شناس محاسباتی بث مور از گروه بیولوژی محاسباتی استوارت در مؤسسه مورگریج همکاری کرد تا بیان ژنی داخل سلول‌ها را با استفاده از توالی‌یابی RNA سلول‌های منفرد (RNA-seq) بررسی کند. ادواردز می‌گوید: "آنها با استفاده از RNA-seq سلول‌های منفرد، کارهای جادویی انجام دادند - کارهایی که حتی فکر نمی‌کردیم ممکن باشد." این ارگانوئیدها به سلول‌های منفرد تجزیه می‌شوند و هر سلول با یک بارکد برچسب‌گذاری شده و به طور جداگانه توالی‌یابی می‌شود. داده‌های به دست آمده سپس برای گروه‌بندی سلول‌های مشابه با هم استفاده می‌شود، که به محققان این امکان را می‌دهد تا به بررسی عمیق‌تری از طبیعت تمامی نوع سلول‌های موجود در ارگانوئید از جمله فوتورسپتورهای میله‌ای و مخروطی و سایر سلول‌ها مانند سلول‌های گانگلیون شبکیه بپردازند.

کشت ارگانوئیدهای شبکیه از گونه‌های مختلف

این تحقیق با حمایت یک کمک‌هزینه از وزارت دفاع ایالات متحده و در همکاری با موسسه ملی چشم به منظور بررسی درمان‌های جایگزینی سلول برای درمان آسیب‌های شبکیه که معمولاً در نظامیان رخ می‌دهد، انجام شده است. پژوهشگران شروع به انجام پیوندهایی در خوک‌ها با استفاده از فوتورسپتورهای حاصل از ارگانوئیدهای خوک کرده‌اند تا ببینند آیا این سلول‌ها اتصالات برقرار کرده و سیناپس‌هایی با نورون‌های پایین‌دست ایجاد می‌کنند. ادواردز می‌گوید: "ما خوشحالیم که نشان دادیم می‌توان ارگانوئیدهای شبکیه را از گونه‌های مختلف کشت کرد و بسیاری از گروه‌ها در سراسر جهان شروع به ساخت آنها کرده‌اند. همه چیز از داشتن سلول‌های بنیادی خوب شروع می‌شود.

پایان مطلب/.