Cell子刊：利用多能性幹細胞製造三維微型視網膜

2016年4月2日/生物谷BIOON/--近期，幹細胞科學家們給公眾分享了製造人視網膜---眼部中對光線敏感的部分---的配方。如今，在一項新的研究中，德國科學家們發現了另一種利用小鼠或人幹細胞高效地製造三維視網膜類器官（retina organoids）的方法。他們製造的「微型視網膜（mini-retina）」為研究視網膜生長、損傷和修復提供新的視角。相關研究結果於2016年3月31日在線發表在Stem Cell Reports期刊上，論文標題為「Retinal organoids from pluripotent stem cells efficiently recapitulate retinogenesis」。

論文通信作者、德國神經退行性疾病中心（DZNE）研究員Mike Karl說，「我們的目標不只是製造最接近於真實視網膜的東西，而且也可能利用這種系統的靈活性開發出更多的方法研究視網膜組織。」

幹細胞技術有潛力被用來開發出治療諸如年齡相關性失明之類的疾病的方法，而且當臨床研究人員努力利用幹細胞開發新療法時，諸如Karl之類的幹細胞生物學家們一直在努力理解來自從低等脊椎動物到人類的神經元再生，從而有助以更加間接的方式促進再生醫學研究。

比如，Karl實驗室開發出的三維視網膜類器官高效地再現視網膜形成。這特別包括感光的視錐細胞，在Karl實驗室製造出的這種微型視網膜中，這些視錐細胞能夠大量地產生。在未來針對視網膜發生退化的病人開發的潛在細胞替換療法中，負責高靈敏度和色覺的視錐細胞是最為珍貴的視網膜細胞類型。

Karl和同事們在體內比較了源自小鼠多能性幹細胞的視網膜類器官、源自人多能性幹細胞的視網膜類器官和小鼠視網膜，證實了這種新的視網膜類器官製造方法的可靠性。Karl說，「組織異質性是類器官系統中的一個主要挑戰。這裡，我們的研究提供新的認識，這將有助開發出基於類器官的特定模型，從而特別可靠地研究視網膜疾病機制。」

Karl實驗室還對這種微型視網膜製造方法進行改變，涉及在眼部發育早期階段將利用幹細胞製造出的視網膜類器官切割成三個塊。每塊看起來類似於小半月，最終發育成在視網膜中發現的全套細胞，因而相比於之前的方法，視網膜類器官產生增加了高達4倍。這種三等分也促進存活下來的類器官塊長大到類似於未切割時的類器官大小。這些微型視網膜在盤碟中自由遊動，這是因為它們不再附著到盤碟表面上，從而更好地反映發育期間的視網膜組織結構。

Karl接下來的目標就是通過可能加入血管，讓他的三維「微型視網膜」變得更加複雜， 以及利用這種類器官研究不同類型神經元（特別是來自人視網膜中）的再生和功能。（生物谷 Bioon.com）

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Retinal Organoids from Pluripotent Stem Cells Efficiently Recapitulate Retinogenesis

doi:10.1016/j.stemcr.2016.03.001

Manuela V?lkner, Marlen Zsch?tzsch, Maria Rostovskaya, Rupert W. Overall, Volker Busskamp, Konstantinos Anastassiadis, Mike O. Karl

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.

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