A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
* These authors contributed equally
يصف هذا البروتوكول طريقة فعالة للتمييز بين hiPSCs إلى مجموعات مجال العين وتوليد عضويات عصبية شبكية باستخدام ظروف ثقافة مبسطة تتضمن أنظمة ثقافة ملتصقة ومعلقة. يمكن أيضا عزل أنواع خلايا العين الأخرى ، مثل RPE وظهارة القرنية ، من حقول العين الناضجة في مزارع الشبكية.
يمكن للخلايا الجذعية متعددة القدرات أن تولد عضويات أنسجة معقدة مفيدة لدراسات نمذجة الأمراض في المختبر ولتطوير علاجات تجديدية. يصف هذا البروتوكول طريقة أبسط وقوية وتدريجية لتوليد عضويات شبكية العين في نظام مزرعة هجين يتكون من ثقافات أحادية الطبقة ملتصقة خلال أول 4 أسابيع من تمايز الشبكية حتى ظهور مجموعات أولية متميزة ومنظمة ذاتيا لمجال العين (EFPs). علاوة على ذلك ، يتم اختيار الجزر العصبية الشبكية الدائرية والشفافة على شكل دونات داخل كل EFP يدويا واستزراعها تحت التعليق باستخدام أطباق استزراع غير ملتصقة في وسط تمايز الشبكية لمدة 1-2 أسابيع لتوليد أكواب بصرية ثلاثية الأبعاد متعددة الطبقات (OC-1M). تحتوي هذه الكائنات العضوية غير الناضجة في شبكية العين على سلائف شبكية متعددة القدرات تتكاثر PAX6+ و ChX10 +. يتم تجميع خلايا السلائف خطيا ذاتيا داخل الكائنات العضوية وتظهر على شكل تشققات شعاعية متميزة. في 4 أسابيع بعد زراعة التعليق ، يخضع أسلاف الشبكية للتوقف بعد الانقسام وتمايز النسب لتشكيل عضويات شبكية ناضجة (OC-2M). تتطور السلائف الملتزم بها من سلالة المستقبلات الضوئية داخل الطبقات الخارجية من عضويات الشبكية. تنضج خلايا مستقبلات الضوء CRX + و RCVRN + هذه شكليا لعرض امتدادات تشبه الجزء الداخلي. يمكن اعتماد هذه الطريقة لتوليد عضويات شبكية العين باستخدام الخلايا الجذعية الجنينية البشرية (hESCs) والخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات (iPSCs). يتم شرح جميع الخطوات والإجراءات بوضوح وإثباتها لضمان إمكانية التكرار وللتطبيقات الأوسع في العلوم الأساسية والبحوث الانتقالية.
شبكية العين هي نسيج حساس للضوء موجود في الجزء الخلفي من عين الفقاريات يحول إشارات الضوء إلى نبضات عصبية من خلال ظاهرة كيميائية حيوية تعرف باسم مسار نقل الضوء. يتم نقل النبضات العصبية الأولية المتولدة في الخلايا المستقبلة للضوء في شبكية العين إلى الخلايا العصبية الشبكية الأخرى وخلايا العقدة الشبكية (RGCs) وتصل إلى القشرة البصرية للدماغ ، مما يساعد في إدراك الصورة والاستجابة البصرية.
وفقا لمنظمة الصحة العالمية (WHO) ، يقدر أن 1.5 مليون طفل مصابون بالعمى ، منهم مليون طفل في آسيا. ضمور الشبكية الوراثي (IRD) هو مرض رئيسي يسبب العمى يصيب 1 من كل 4000 فرد في جميع أنحاء العالم 1،2،3 ، في حين أن انتشار العمى المرتبط بالضمور البقعي المرتبط بالعمر (AMD) يتراوح بين 0.6٪ -1.1٪ في البلدان النامية4. تحدث IRDs بسبب عيوب وراثية موروثة في أكثر من 300 جين مختلف يشارك في نمو الشبكية ووظيفتها5. تؤدي هذه التغيرات الجينية إلى تعطيل وظائف الشبكية الطبيعية والتنكس التدريجي لخلايا الشبكية ، وهي الخلايا المستقبلة للضوء وظهارة الشبكية المصطبغة (RPE) ، مما يؤدي إلى فقدان البصر الشديد والعمى. تم إحراز تقدم هائل في حالات العمى الأخرى التي تشمل القرنية والعدسة وما إلى ذلك. ومع ذلك ، فإن ضمور الشبكية وضمور العصب البصري ليس لديهم أي علاج مثبت حتى الآن. نظرا لأن شبكية العين البشرية البالغة لا تحتوي على خلايا جذعية6 ، فإن المصادر البديلة مثل الخلايا الجذعية الجنينية (ESCs) والخلايا الجذعية المستحثة متعددة القدرات المشتقة من المريض (iPSCs) يمكن أن توفر إمدادات غير محدودة من أنواع الخلايا المرغوبة وتحمل وعدا كبيرا لتطوير عضويات الأنسجة المعقدة المطلوبة لدراسات نمذجة الأمراض في المختبر ولتطوير العلاجات التجديدية7 ، 8,9,10.
أدت عدة سنوات من أبحاث الشبكية إلى فهم أفضل للأحداث الجزيئية التي تنظم تطور الشبكية المبكر. تهدف معظم البروتوكولات لتوليد خلايا شبكية العين وعضويات 3D من PSCs إلى تلخيص هذه الأحداث التنموية في المختبر ، عن طريق زراعة الخلايا في مزيج معقد من عوامل النمو والجزيئات الصغيرة لتعديل العمليات البيولوجية المعروفة بطريقة تدريجية. تتكون عضويات الشبكية المتولدة على هذا النحو من خلايا الشبكية الرئيسية: خلايا العقدة الشبكية (RGCs) ، والخلايا العصبية البينية ، والمستقبلات الضوئية ، وظهارة الشبكية المصطبغة (RPE)11،12،13،14،15،16،17،18،19. على الرغم من المحاولات الناجحة لنمذجة IRDs باستخدام عضويات الشبكية ، فإن متطلبات المزيج المعقد من عوامل النمو والجزيئات الصغيرة أثناء التمايز والكفاءة المنخفضة نسبيا لتوليد عضويات الشبكية تشكل تحديا كبيرا مع معظم البروتوكولات. وهي تشمل بشكل رئيسي تكوين الأجسام الجنينية ، يليها تمايزها التدريجي إلى سلالات شبكية باستخدام ظروف الثقافة المعقدة في مراحل مختلفة من التطور في المختبر 20،21،22.
هنا ، تم الإبلاغ عن طريقة مبسطة وقوية لتطوير عضويات شبكية العين العصبية 3D المعقدة من التحكم الصحي و hiPSCs الخاصة بأمراض الشبكية. يستخدم البروتوكول الموصوف هنا التمايز المباشر لثقافات hiPSC شبه المتقاربة دون الحاجة إلى تكوين جسم جنيني. أيضا ، يتم تبسيط تعقيد وسيط الاستزراع ، مما يجعله تقنية فعالة من حيث التكلفة وقابلة للتكرار يمكن اعتمادها بسهولة من قبل الباحثين الجدد. وهو ينطوي على نظام ثقافة هجين يتكون من ثقافات أحادية الطبقة ملتصقة خلال الأسابيع ال 4 الأولى من تمايز الشبكية حتى ظهور مجموعات أولية متميزة ومنظمة ذاتيا لمجال العين (EFPs). علاوة على ذلك ، يتم اختيار الجزر العصبية الشبكية الدائرية داخل كل EFP يدويا وزراعتها في مزارع معلقة لمدة 1-2 أسابيع لإعداد أكواب شبكية ثلاثية الأبعاد متعددة الطبقات أو عضويات تتكون من سلائف الشبكية العصبية الشبكية المتكاثرة PAX6 + و CHX10 +. أدت الزراعة الممتدة لعضويات الشبكية في وسط يحتوي على 100 ميكرومتر من التورين لمدة 4 أسابيع أخرى إلى ظهور سلائف مستقبلات الضوء RCVRN + و CRX + والخلايا الناضجة ذات امتدادات بدائية تشبه الجزء الداخلي.
تم إجراء جميع التجارب التي تنطوي على hiPSCs بشكل معقم ، وفقا للممارسات المختبرية القياسية ، والمبادئ التوجيهية الأخلاقية والسلامة البيولوجية ، وبموافقات الهيئات التنظيمية مثل لجنة الأخلاقيات المؤسسية (IEC) ، واللجنة المؤسسية لأبحاث الخلايا الجذعية (IC-SCR) ، ولجنة السلامة البيولوجية المؤسسية (IBSC).
1. تحضير مستنبتة iPSC ووسط تمايز الشبكية والكواشف
2. إنشاء ثقافات iPSC البشرية
3. تمايز hiPSCs في مجالات العين ونسب الشبكية
ملاحظة: يظهر مخطط تخطيطي لعملية التمايز في الشكل 1.
4. حصاد عضويات الشبكية
5. توصيف عضويات الشبكية
يتم تحقيق تمايز hiPSCs إلى سلالات العين عن طريق زراعة الخلايا في مجموعات مختلفة من وسط الثقافة الذي يحتوي على مكملات وعوامل نمو في خطوات متسلسلة في نقاط زمنية مختلفة ، كما هو موضح في الشكل 1. يتم الحفاظ على ثقافات hiPSC في الوسط الأساسي 8 ، وسط صيانة الخلايا الجذعية متعدد القدرات. ...
hiPSCs هي أداة قوية لدراسة تطور الأعضاء والأنسجة في المختبر. يمكن أن يساعد تلخيص النمط الظاهري للمرض من خلال التمييز بين hiPSCs الصحية مقابل hiPSCs الخاصة بالمرض تجاه سلالة الشبكية في اكتساب رؤى أحدث حول الفيزيولوجيا المرضية لأشكال مختلفة من ضمور الشبكية الموروث. تم وصف العديد من البروتوكولا...
جميع المؤلفين ليس لديهم تضارب في المصالح أو إفصاحات مالية.
يقر المؤلفون بالدعم العلمي والتقني من الدكتورة شيترا كانابيران ، عالمة الوراثة. د. سوبهادرا جلالي، استشاري الشبكية. الدكتور ميليند ، جراح تجميل العين. والدكتور سواثي كاليكي ، أخصائي أورام العين في معهد LV Prasad للعيون ، حيدر أباد نحو توليد خطوط iPSC طبيعية ومحددة للمريض. يقر المؤلفون بمنح البحث والتطوير من مجلس أبحاث العلوم والهندسة ، قسم العلوم والتكنولوجيا (IM) ، (SB / SO / HS / 177/2013) ، قسم التكنولوجيا الحيوية (IM) ، (BT / PR32404 / MED / 30/2136/2019) ، وزمالات بحثية عليا من ICMR (S.M. ، D.P.) ، UGC (T.A.) ، و CSIR (V.K.P.) ، حكومة الهند.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.22 µm Syringe filters | TPP | 99722 | |
15 mL centrifuge tube | TPP | 91015 | |
50 mL centrifuge tube | TPP | 91050 | |
6 well plates | TPP | 92006 | |
Anti-Chx10 Antibody; Mouse monoclonal | Santa Cruz | SC365519 | 1:50 dilution |
Anti-CRX antibody; Rabbit monoclonal | Abcam | ab140603 | 1:300 dilution |
Anti-MiTF antibody, Mouse monoclonal | Abcam | ab3201 | 1:250 dilution |
Anti-Recoverin Antibody; Rabbit polyclonal | Millipore | AB5585 | 1:300 dilution |
B-27 Supplement (50x), serum free | Thermo Fisher | 17504044 | |
Basic Fibroblast growth factor (bFGF) | Sigma Aldrich | F0291 | |
Centrifuge 5810R | Eppendorf | ||
Coplin Jar (50 mL) | Tarson | ||
Corning Matrigel hESC-Qualified Matrix | Corning | 354277 | |
CryoTubes | Thermo Fisher | V7884 | |
DMEM/F-12, GlutaMAX supplement (basal medium) | Thermo Fisher | 10565-018 | |
DreamTaq DNA polymerase | Thermo Fisher | EP0709 | |
Dulbeco’s Phosphate Buffered Saline | Thermo Fisher | 14190144 | |
Essential 8 medium kit | Thermo Fisher | A1517001 | |
Ethylene diamine tetraaceticacid disodium salt dihydrate (EDTA) | Sigma Aldrich | E5134 | |
Falcon Not TC-treated Treated Petri Dish, 60 mm | Corning | 351007 | |
Fetal Bovine Serum, qualified, United States | Gibco | 26140079 | |
GelDocXR+ with Image lab software | BIO-RAD | Agarose Gel documentation system | |
GlutaMAX Supplement | Thermo Fisher | 35050061 | |
Goat anti-Mouse IgG (H+L), Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A11001 | 1:300 dilution |
Goat anti-Mouse IgG (H+L), Alexa Fluor 546 | Invitrogen | A11030 | 1:300 dilution |
Goat anti-Rabbit IgG (H+L), Alexa Fluo 546 | Invitrogen | A11035 | 1:300 dilution |
Goat anti-Rabbit- IgG (H+L), Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A11008 | 1:300 dilution |
HistoCore MULTICUT | Leica | For sectioning | |
KnockOut Serum Replacement | Thermo Fisher | 10828028 | |
L-Acsorbic acid | Sigma Aldrich | A92902 | |
MEM Non-Essential Amino Acids Solution (100x) | Thermo Fisher | 11140-050 | |
N2 supplement (100x) | Thermo Fisher | 17502048 | |
NanoDrop 2000 | Thermo Fisher | To quantify RNA | |
Paraformaldehyde | Qualigens | 23995 | |
Pasteur Pipets, 9 inch, Non-Sterile, Unplugged | Corning | 7095D-9 | |
Penicillin-Streptomycin | Thermo Fisher | 15140-122 | |
Recombinant Anti-Otx2 antibody , Rabbit monoclonal | Abcam | ab183951 | 1:300 dilution |
Recombinant Anti-PAX6 antibody; Rabbit Monoclonal | Abcam | ab195045 | 1:300 dilution |
Recombinant Anti-RPE65 antibody, Rabbit Monoclonal | Abcam | ab231782 | 1:300 dilution |
Recombinant Human Noggin Protein | R&D Systems | 6057-NG | |
SeaKem LE Agarose | Lonza | 50004 | |
Serological pipettes 10 mL | TPP | 94010 | |
Serological pipettes 5 mL | TPP | 94005 | |
Sodium Chloride | Sigma Aldrich | S7653 | |
Sodium Citrate Tribasic dihydrate | Sigma Aldrich | S4641 | |
Starfrost (silane coated) microscopic slides | Knittel | ||
SuperScript III First-Strand Synthesis System | Thermo Fisher | 18080051 | |
SuperScript III First-Strand Synthesis System for RT-PCR | Invitrogen | 18080051 | |
Triton X-100 | Sigma Aldrich | T8787 | |
TRIzol Reagent | Invitrogen | 15596026 | |
UltraPure 0.5 M EDTA, pH 8.0 | Thermo Fisher | 15575020 | |
VECTASHIELD Antifade Mounting Medium with DAPI | Vector laboratories | H-1200 | |
Vitronectin | Thermo Fisher | A27940 | |
Y-27632 dihydrochloride (Rho-kinase inhibitor) | Sigma Aldrich | Y0503 | |
Zeiss LSM 880 | Zeiss | Confocal microscope |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved