从人类多能干细胞生成神经视网膜

摘要

本方案描述了一种优化的3D神经视网膜诱导系统，该系统以高可重复性和效率减少视网膜类器官的粘附和融合。

摘要

视网膜病变是全球失明的主要原因之一。研究其发病机制对于视网膜病变的早期诊断和及时治疗至关重要。不幸的是，道德障碍阻碍了从人类那里收集证据。最近，大量研究表明，人类多能干细胞（PSCs）可以使用不同的诱导方案分化为视网膜类器官（RO），这在视网膜病变中具有巨大的潜力，可用于疾病建模、药物筛选和基于干细胞的治疗。本研究描述了一种优化的诱导方案，以产生神经视网膜 （NR），显着降低囊泡和融合的可能性，提高生产成功率，直到第 60 天。基于PSCs解离后自重组的能力，结合某些互补因子，这种新方法可以特异性地驱动NR分化。此外，该方法简单、具有成本效益、具有显着的可重复性和效率，为视网膜疾病的个性化模型提供了令人鼓舞的前景，并为细胞治疗、药物筛选和基因治疗测试等应用提供了丰富的细胞库。

引言

眼睛是人类感觉器官的主要信息来源，视网膜是哺乳动物眼睛的主要视觉感觉组织¹。视网膜病变是导致眼部疾病的全球主要原因之一，导致失明².全世界约有 285 万人因视网膜病变而遭受不同程度的视力损害³.因此，研究其发病机制对于早期诊断和及时治疗至关重要。大多数关于人类视网膜病变的研究主要集中在动物模型^上4,5,6。然而，人类视网膜是一个复杂的多层组织，由各种细胞类型组成。传统的二维 （2D） 细胞培养和动物模型系统通常无法忠实地概括人类天然视网膜的正常时空发育和药物代谢 ^7,8。

最近，3D 培养技术已经发展到可以从多能干细胞 （PSC） 生成组织样器官^9,10。在3D悬浮培养系统中，由人PSC产生的视网膜类器官（ROs）不仅包含七种视网膜细胞类型，而且还表现出与体内人视网膜相似的独特分层结构

研究方案

本研究是根据《赫尔辛基宣言》原则进行的，并经中国人民解放军总医院机构伦理委员会批准。WA09（H9）电调线是从WiCell研究所获得的。

1.培养基和试剂制备

1. 人胚胎干细胞培养基和传代溶液
   1. 维持培养基 （MM）：无菌制备 500 mL 完全 MM（基础培养基 + 5x 补充剂;参见 材料表）。在室温（RT）下解冻5x补充剂或在2-8°C下过夜。 预热至室温，使用前充分搅拌，直到补充剂没有浑浊。
   2. 1% 细胞外基质 （ECM）：使用预冷的移液管吸头和无菌试管在冰上每管分配 200 μL ECM（参见 材料表）。将试管储存在-20°C冰箱中。在冰上融化ECM，并用预冷的DMEM / F12以1：100稀释。
   3. 0.5 mM pH = 8.0 EDTA：要制备 500 mL 0.5 mM EDTA，将 500 μL 0.5 M EDTA 和 0.9 g NaCl 加入 500 mL 1x Dulbecco 磷酸盐缓冲盐水 （DPBS） 中（参见 材料表）。充分混合并储存在2-8°C。
2. 视网膜分化培养基
   1. 无生长因子化学成分培养基 （gfCDM）：通过结合 45% Iscove 改良的 Dulbecco 培养基 Gluta....

讨论

人类RO可以在空间和时间上概括胎儿视网膜的发育，早期RO在同等发育阶段表现出与胎儿视网膜的高度相似性¹⁵。在组织形态和分子表达方面，人类RO密切反映了视网膜组织的实际生长状态，为疾病建模、药物筛选和再生医学领域提供了巨大而前所未有的机会。目前，已经建立了几种不同的方法在 体外从人PSCs中产生RO，并且正在进行持续的修改和优化，以进一步提高效率

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
0.01 M TPBS	Servicebio	G0002	Washing slices
4% Paraformaldehyde	Servicebio	G1101-500ML	Fix retinal organoids
5 mL Pasteur pipette	NEST Biotechnology	318516	Pipette retinal organoids
96 V-bottomed conical wells	Sumitomo Bakelit	MS-9096VZ
Adhesion Microscope Slides	CITOTEST	188105	Fix slices
AggreWell medium	STEMCELL Technologies	5893	Medium
Anhydrous ethanol	SINOPHARM	10009218	Dehydrate
Anti-CHX10	Santa Cruz	sc-365519	Primary antibody
Antifade Solution	ZSGB-BIO	ZLI-9556
Anti-KI67	Abcam	ab16667	Primary antibody
Anti-NESTIN	Sigma	N5413	Primary antibody
Anti-Neuronal Class III β-Tubulin(TUJ1)	Beyotime	AT809	Primary antibody
Anti-PAX6	Abcam	ab195045	Primary antibody
Cell dissociation solution(CDS)	STEMCELL Technologies	7922	Cell dissociation
CHIR99021	Selleckchem	S2924	GSK-3α/β inhibitor
Cholesterol Lipid Concentrate	Gibco	12531018	250×
Citrate Antigen Retrieval Solution	Servicebio	G1202-250ML	20×, pH 6.0
CS10	STEMCELL Technologies	1001061	Cell Freezing Medium
DAPI	Roche	10236276001	Nuclear counterstain
Dimethyl sulfoxide(DMSO)	Sigma	D2650
DMEM/F12	Gibco	11330032	Medium
DMEM/F12-GlutaMAX	Gibco	10565018	Medium
Donkey anti-Mouse Alexa Fluor Plus 488	Invitrogen	A32766	Secondary Antibody
Donkey anti-Rabbit Alexa Fluor 568	Invitrogen	A10042	Secondary Antibody
Ethylene Diamine Tetraacetic Acid (EDTA)	Biosharp	BL518A	0.5 M, pH 8.0, cell dissociation
Extracellular matrix (ECM)	Corning	354277	Coating plates
F12-Glutamax	Gibco	31765035	Medium
Fetal Bovine Serum	Gibco	A5669701
Flow-like tissue cell quantitative analyzer	TissueGnostics	TissueFAXS Plus	Scan sections
IMDM-GlutaMAX	Gibco	31980030	Medium
IWR1-endo	Selleckchem	S7086	Wnt-inhibitor
KnockOut Serum Replacement	Gibco	10828028
LDN-193189 2HCl	Selleckchem	S7507	BMP-inhibitor
Low-adhesion 24-well Plates	Corning	3473
Low-adhesion 6-well Plates	Corning	3471
Maintenance medium (MM)	STEMCELL Technologies	85850	Medium
N2 supplement	Gibco	17502048
Normal Donkey Serum	Solarbio	SL050	Blocking buffer
Paraplast	Leica	39601006	Tissue embedding
PBS pH 7.4 basic (1x)	Gibco	C10010500BT	Without Ca+,Mg+
Reconbinant human bone morphogenetic protein-4(rhBMP4)	R&D	314-BP	Key protein factor
Retinoic acid	Sigma	R2625	Powder, keep out of light
SB431542	Selleckchem	S1067	ALK5-inhibitor
SU5402	Selleckchem	S7667	Tyrosine kinase inhibitor
Super PAP Pen	ZSGB-BIO	ZLI-9305
Taurine	Sigma	T0625-10G
Thioglycerol	Sigma	M1753
Triton X-100	Sigma	X100	Permeabilization
WA09 embryonic stem cell line	WiCell Research Institute		Cell line
Xylene	SINOPHARM	10023418	Dewaxing
Y-27632 2HCL	Selleckchem	S1049	ROCK-inhibitor