מחקר זה נערך בהתאם לעקרונות הצהרת הלסינקי ואושר על ידי ועדת האתיקה המוסדית של בית החולים הכללי של ה- PLA הסיני. קו WA09 (H9) ESC התקבל ממכון המחקר WiCell.
1. תרבות, מדיה והכנת ריאגנטים
<ol><li>מדיום תרבות ESC אנושית ופתרון מעבר<ol><li>מדיום תחזוקה (MM): הכינו 500 מ"ל של MM שלם (תוספת בינונית בסיסית + 5x; ראו טבלת חומרים) באופן אספטי. יש להפשיר תוסף פי 5 בטמפרטורת החדר (RT) או למשך הלילה בטמפרטורה של 2-8°C. יש לחמם מראש ל-RT. יש לערבב היטב לפני השימוש עד לקבלת התוסף ללא עננות.</li>
		<li>מטריצה חוץ-תאית 1% (ECM): השתמש בקצה פיפט מקורר מראש ובצינורות סטריליים כדי לפלוט 200 מיקרוליטר של ECM (ראה טבלת חומרים) לכל צינור על קרח. אחסנו את הצינורות במקפיא בטמפרטורה של -20°C. יש להמיס ECM על קרח ולדלל עם DMEM/F12 מקורר מראש בשעה 1:100.</li>
		<li>0.5 mM pH = 8.0 EDTA: כדי להכין 500 מ"ל של 0.5 mM EDTA, הוסף 500 μL של 0.5 M EDTA ו- 0.9 גרם של NaCl ל- 500 מ"ל של מלח חוצץ פוספט (DPBS) של 1x Dulbecco (ראה טבלת חומרים). מערבבים היטב ומאחסנים ב-2-8°C.</li>
	</ol></li>
	<li>מדיום התמיינות רשתית<ol><li>מדיום מוגדר כימית ללא גורמי גדילה (gfCDM): הכינו את ה-gfCDM על ידי שילוב של 45% Dulbecco's Medium-GlutaMAX (IMDM-GlutaMAX) של Iscoveco, 45% F12-GlutaMAX של Ham (F12-Glutamax), 10% תחליף סרום נוקאאוט (KSR), תרכיז שומנים 1% כולסטרול ו-450 מיקרומטר תיוגליצרול (ראו טבלת חומרים).</li>
	</ol></li>
	<li>תרכובות מולקולות קטנות<ol><li>Y-27632 2HCl: הוסף 50 מ"ג של אבקת Y-27632 ל-3.122 מ"ל של דימתיל סולפוקסיד (DMSO). יש לחלק ולאחסן Y-27632 (ראה טבלת חומרים) בריכוז של 50 מ"מ בטמפרטורה של -80°C למשך שנתיים, תוך התרחקות מאור. יש לדלל את המלאי 2,500 פעמים (20 מיקרומטר) לשימוש, שווה ערך ל-0.4 מיקרוליטר Y-27632 למ"ל gfCDM.</li>
		<li>IWR1-endo: הוסף 2.4424 מ"ל של DMSO כדי להמיס 10 מ"ג של IWR1-endo (ראה טבלת חומרים) כדי לקבל פתרון מלאי של 10 mM. מוציאים aliquots ולאחסן אותם ב -80 ° C עד 2 שנים. הוסף 0.3 μL של 10 mM IWR1-endo לכל מ"ל של gfCDM עבור ריכוז 3 μM עבור אינדוקציה.</li>
		<li>SB431542: להכנת 50 מ"מ SB431542, יש להוסיף 10 מ"ג SB431542 (ראו טבלת חומרים) ל-0.5203 מ"ל DMSO ולערבב היטב. יש לאחסן בטמפרטורה של -80°C בממס למשך שנתיים לכל היותר. להכנת SB431542 בריכוז עבודה של 10 מיקרומטר, הוסף 2 μL של תמיסת מלאי 50 mM ל 10 מ"ל של gfCDM.</li>
		<li>LDN-193189 2HCl: יש להמיס 5 מ"ג של LDN-193189 2HCl (ראה טבלת חומרים) ב-10.4297 מ"ל DMSO כדי לקבל תמיסת מלאי של 1 מילימול. יש לאחסן בטמפרטורה של -20°C או -80°C (לפי המלצת היצרן). הוסף 0.1 μL של המלאי לכל 10 מ"ל של gfCDM, וכתוצאה מכך 100 ננומטר של LDN-193189 עבור אינדוקציה.</li>
		<li>חלבון מורפוגנטי רקומביננטי של עצם האדם 4 (BMP4): מורכב מחדש ב 50-200 מיקרוגרם / מ"ל ב 4 mM HCl (ראה טבלת חומרים). יש לאחסן בטמפרטורה של 2°C עד 8°C למשך חודש אחד או -20°C למשך שנה לאחר החוקה מחדש. בצע אינדוקציה של NR באמצעות BMP4 1.5 ננומטר.</li>
	</ol></li>
	<li>מדיום תרבות NR לטווח ארוך<ol><li>חומצה רטינואית (RA): יש למדוד 6 מ"ג של אבקת RA (ראו טבלת חומרים) ולהוסיף ל-3.9941 מ"ל DMSO. יש לאחסן ב-aliquots של 5 mM בטמפרטורה של -80°C ולהשתמש תוך 3 חודשים. כדי להשיג ריכוז עבודה של 0.5 מיקרומטר, הוסף 10 מיקרוליטר של תערובת האב ל -100 מ"ל של מדיום התמיינות רשתית עצבית (NRDM). יש להוסיף ממש לפני השימוש. הערה: יש להרחיק מאור במהלך ההכנה והאחסון.</li>
		<li>טאורין: הוסף אבקת טאורין (ראה טבלת חומרים) במשקל 200 מ"ג עד 7.9904 מ"ל DMSO כדי לקבל תמיסת מלאי של 200 מילימטר. יש לחלק ולאחסן בטמפרטורה של 2-8 מעלות צלזיוס. ריכוז עבודה של 0.1 mM טאורין מושג על ידי הוספת 50 μL של תמיסת מלאי לכל 100 מ"ל של NRDM.</li>
		<li>NRDM: הרכב NRDM עם DMEM/F12-GlutaMAX בינוני, תוסף N2 1%, 10% סרום בקר עוברי, 0.5 mM RA ו-0.1 mM טאורין (ראו טבלת חומרים). יש לאחסן בטמפרטורה של 2-8°C למשך עד שבועיים או 6 חודשים בטמפרטורה של -20°C כדי להבטיח את פעילות הרכיבים.</li>
	</ol></li>
	<li>מאגר חסימה: דלל 1:9 עם DPBS כדי לקבל פתרון עבודה של 10% לשימוש (ראה טבלת חומרים). יש לאחסן בטמפרטורה של -20°C למשך עד 5 שנים. הערה: בצע את כל ההליכים האחרים בארון בטיחות ביולוגית Class II כדי להבטיח סטריליות, למעט שקילה. אם יש צורך להוסיף ריאגנטים שקולים במהלך תהליך ההכנה, השתמש במסננים של 0.22 מיקרומטר לסינון.</li>
</ol>2. גידול H9-ESCs
<ol><li>הפשרת H9-ESCs<ol><li>הוסף 1 מ"ל של 1% ECM לכל באר של צלחת 6 בארות. דגירה במשך שעה אחת באינקובטור ב 37 ° C באטמוספירה 5% CO2 . הערה: הימנע מתוספת של ECM לאורך קירות הבאר, מכיוון שהוא עלול להידבק למשטח.</li>
		<li>קח מלאי קריוביאלי H9-ESC ממיכל החנקן הנוזלי ונער אותו במהירות במים של 37 מעלות צלזיוס למשך 30 שניות. הערה: אין לאפשר לבקבוקון להפשיר לחלוטין.</li>
		<li>מוציאים את הבקבוקון ומעקרים אותו בזהירות באמצעות תרסיס אלכוהול חיטוי 75%. הוסף את H9-ESC המופשר מהקריוביאל לצינור 15 מ"ל המכיל 9 מ"ל מ"מ עם 10 מיקרומטר Y-27632.</li>
		<li>צנטריפוגה את הצינור ב 190 × גרם במשך 5 דקות ב RT. בזהירות להסיר את רוב supernatant עם פיפטה 1 מ"ל, משאיר כ 50 μL של supernatant כדי למנוע אובדן תאים.</li>
		<li>הוסף 1 מ"ל של MM המכיל 10 מיקרומטר של Y27632 למשקעי התא והשהה מחדש בעדינות את משקעי התא עם פיפטה של 1 מ"ל על ידי פיפט למעלה ולמטה 5-10 פעמים.</li>
		<li>הסר את ציפוי ECM לאחר שעה אחת של דגירה. הוסף 2 מ"ל של MM מחומם מראש המכיל 10 מיקרומטר Y-27632 לכל באר.</li>
		<li>יש להוציא 0.5 מ"ל של תרחיף תאים לכל באר. נערו בעדינות את הצלחת לרוחב כדי להבטיח פיזור אחיד של התאים.</li>
		<li>יש לדגור על הצלחת בטמפרטורה של 37°C מתחת ל-5% CO2 למשך 24 שעות לפחות מבלי לגעת בה.</li>
		<li>שנה את המדיום מדי יום. כאשר צפיפות השיבוט מגיעה ל-70% ומעלה, נדרשת העברה.</li>
	</ol></li>
	<li>מעבר של H9-ESCs<ol><li>הכינו את הצלחת המצופה ECM כמתואר לעיל (שלב 2.1.1) והוסיפו 2 מ"ל מ"מ לכל באר.</li>
		<li>מוציאים את המדיום המשומש מהצלחות בנות 6 הבארות. לשטוף כל באר פעמיים עם 1 מ"ל של DPBS.</li>
		<li>שטפו היטב פעמיים על ידי הוספה איטית של 1 מ"ל EDTA, ודגירת 1 מ"ל של EDTA למשך 4-7 דקות ב-RT. הערה: במהלך הדגירה, בדוק את צלחת 6 בארות במשך 3 דקות תחת מיקרוסקופ. המשך מיד לשלב הבא אם רוב התאים קרובים להתנתקות מהמנה. הימנע דגירה זמן רב כדי להפחית את ההשפעה השלילית על התאים.</li>
		<li>יש להשליך EDTA ולהוסיף 1 מ"ל של MM כדי להפיל את העיכול.</li>
		<li>טפחו בעדינות על צלחת הבאר עד שרוב התאים מנותקים.</li>
		<li>בזהירות להעביר את השעיית התא לתוך צינור צנטריפוגה 15 מ"ל עם פיפטה 5 מ"ל. השהה מחדש בעדינות את מושבות H9-ESC למעלה ולמטה 3-5 פעמים כדי לערבב אותן עם פיתת פסטר. העבירו 20-100 מיקרוליטר של תרחיף תאים בצלחת תרבית חדשה מצופה ECM עם 6 בארות ונערו אותה קדימה ואחורה.</li>
		<li>כאשר צפיפות התא נצפית כמספקת תחת מיקרוסקופ, לדגור על הצלחת ב 37 ° C תחת 5% CO2 במשך 24 שעות לפחות מבלי לגעת בו.</li>
		<li>שנה את המדיה מדי יום. בצפיפות שיבוט של 70% ומעלה, נדרש מעבר.</li>
	</ol></li>
</ol>3. יצירת NRs אנושיים
הערה: ברגע שהמושבות משיגות מפגש של כ-70%, ניתן לכוון אותן להתמיינות לאורגנואידים ברשתית (ROs) באמצעות השלבים הפרוצדורליים המתוארים באיור 1.
<ol><li>יום 0 - היווצרות גוף עוברי (EB)<ol><li>לאחר שטיפת התאים עם 2 מ"ל של DPBS, להוסיף 0.5 מ"ל של CDS (ראה טבלת חומרים) המכיל 20 מיקרומטר Y27632 לבאר. יש לדגור במשך 3 דקות בטמפרטורה של 37°C באינקובטור לח של 5% CO2 . הערה: בדוק תחת מיקרוסקופ. להפחית את זמן הדגירה ככל האפשר כדי למנוע השפעות מזיקות על התאים.</li>
		<li>בטל את העיכול על ידי הוספת 3 מ"ל של MM המכיל 20 מיקרומטר Y27632. צנטריפוגה ב 190 × גרם במשך 5 דקות ולהשליך supernatant.</li>
		<li>השהה מחדש את גלולת התא ב 1 מ"ל של gfCDM המכיל 20 מיקרומטר Y27632, ולספור את התאים. הוסף את אמצעי האחסון המתאים עבור 1.2 × 106 תאים (1.2 × 104 תאים לכל באר) ל- 10 מ"ל של gfCDM, המשולב מראש עם 20 מיקרומטר Y-27632, 3 מיקרומטר IWR1-endo, 10 מיקרומטר SB431542 ו- 100 ננומטר LDN-193189 (ראה טבלת חומרים).</li>
		<li>הוסף 100 μL של תרחיף תאים לכל באר של 96 בארות חרוטיות בעלות תחתית V. מניחים את הצלחת באינקובטור לח של 5% CO2 עד ליום 6. הערה: אין להזיז את הכלים במשך 24 שעות לפחות כדי לשפר את ההיצמדות של EBs.</li>
	</ol></li>
	<li>יום 6 - השראת רשתית<ol><li>ביום 6, הוסף 10 מ"ל של gfCDM המכיל 55 ng / mL BMP4 כדי לאפשר שינוי מוחלט של מדיום התרבית על EBs. מחזירים את הצלחת לאינקובטור. הערה: פיפטה לכיוון קירות הבאר החרוטית בעלת תחתית V 96 כדי למנוע בועות אוויר. הימנע לוקח כל אורגנואידים בעת שינוי המדיום.</li>
		<li>בצע שינוי חצי בינוני ביום 9, יום 12 ויום 15. החלף מחצית מהבינוני ב- gfCDM טרי כדי לדלל בהדרגה את BMP4.</li>
	</ol></li>
	<li>יום 18 - תרבות NR ארוכת טווח<ol><li>ביום ה -18, העבירו בזהירות את ה- EBs שנוצרו לצינורות צנטריפוגות של 15 מ"ל באמצעות פיפטות פסטר 5 מ"ל ושטפו שוב בעדינות עם NRDM. העבירו את ה-EBs ללוחות בעלי 6 בארות או 24 בארות עם ספיחה נמוכה (ראו טבלת חומרים). מחזירים את הצלחת לאינקובטור.</li>
		<li>החלף את המדיום ב- NRDM טרי כל 3 ימים. הערה: כבה את האור במהלך השינוי הבינוני מכיוון שה- RA רגיש לאור. הסר אורגנואידים ממוינים בצורה גרועה, והפרד אורגנואידים דבקים תחת מיקרוסקופ.</li>
	</ol></li>
</ol>4. ניתוח של NRs אנושיים
<ol><li>הרכבה של ROs<ol><li>בחר דורות שונים של H9-ESCs כדי לגרום לשלוש אצוות של ROs. הערה: שלוש לוחיות של מספר ה-NRs היוצרים עבור כל אחת משלוש השיטות המוערכות (Kuwahara et al.12, Döpper et al.27, והשיטה ששונתה במחקר הנוכחי) מחושבות כדי להעריך את שיעור ההצלחה באינדוקציה. אינדוקציה נחשבת מוצלחת אם מיקרוסקופ אור חושף היווצרות של מבנים דמויי נוירואפיתל ביום ה -30.</li>
	</ol></li>
	<li>צביעה אימונופלואורסצנטית של ROs<ol><li>העבר 3-5 ROs לצינורות 1.5 מ"ל. פיפטה מעל מדיום עודף ולשטוף את ROs פעם אחת עם 1 מ"ל של DPBS ב RT. לאפשר ROs לשקוע בזהירות להסיר את DPBS. הוסף 1 מ"ל של 4% paraformaldehyde (ראה טבלה של חומרים) לכל צינור 1.5 מ"ל ולתקן ב 4 ° C. הערה: ROs ביום 6 וביום 18, לתקן 2 שעות. תקן עבור 12 שעות ביום 30 ו 14 שעות ביום 60.</li>
		<li>לאחר הקיבוע, להתייבש באמצעות אלכוהול הדרגתי. השאירו את ה-ROs לעמוד במשך 15 דקות כל אחד ב-50%, 60% ו-70% אלכוהול, ולאחר מכן למשך 10 דקות כל אחד ב-80%, 90%, 95%, 100% ו-100% אלכוהול. לאחר מכן, הוסיפו תערובת של 1:1 של 100% אלכוהול וקסילן למשך 10 דקות, ולאחר מכן הוסיפו קסילן פעמיים למשך 10 דקות כל אחד.</li>
		<li>הניחו את ROs בתבניות מתכת מלאות בפרפלסט מותך (ראו טבלת חומרים) למשך 40 דקות, ולאחר מכן הרוו את התבניות על קרח כדי לתקן את ROs. מניחים קופסאות הטבעה לתוך התבניות ומקפיאים אותם ב -20 מעלות צלזיוס למשך הלילה. לאחר מכן, נתק בזהירות את תיבות ההטבעה. לבסוף, אחסן אותם ב- RT.</li>
		<li>צור חתכים רציפים (5 מיקרומטר עובי) עם פרוסת פרפין. תקן פרוסות בשקופיות מיקרוסקופ הידבקות, יבש ואחסן ב- RT.</li>
		<li>בצע dewaxing ו rehydration לפני תיקון אנטיגן12,27.</li>
		<li>הוסף 10 מ"ל של 20x pH 6.0 תמיסת אחזור אנטיגן ציטראט (ראה טבלת חומרים) ל 190 מ"ל של ddH2O (H2O מזוקק כפול). מחממים במיקרוגל במצב גבוה במשך 4 דקות עד לרתיחה. לאחר הוספת קטעי פרפין, חממו את החלקים במצב נמוך למשך 20 דקות כדי להשלים את תיקון האנטיגן.</li>
		<li>תנו לחלקי הפרפין להתקרר באופן טבעי באזור מאוורר ולאחר מכן הכניסו אותם לתא לח.</li>
		<li>השתמש בעט פאפ (ראה טבלת חומרים) כדי לחלק לרמות את המקטעים. יש לדגור עם 0.2% Triton X-100 ב-RT למשך 30 דקות כדי לשבור את הממברנות, ולאחר מכן לשטוף את המגלשות שלוש פעמים עם TPBS, למשך 5 דקות כל אחת.</li>
		<li>יש לחסום עם 10% נסיוב חמורים מדולל ב-DPBS ב-RT למשך שעה אחת בתא לח עם 10 מיקרוליטר לכל אזור צביעה.</li>
		<li>מוסיפים נוגדנים ראשוניים מדוללים בסרום חמור 10%. יש לדגור למשך הלילה ב-4°C (75 °F) בתא לחות. יש לשטוף את הדגימות שלוש פעמים עם TPBS למשך 10 דקות כל אחת כדי להסיר את הנוגדן הלא קשור. הערה: נוגדנים ראשוניים הם כדלקמן: anti-PAX6 (1: 250), anti-SOX2 (1: 200), anti-KI67 (1: 200), anti-CHX10 (1: 200), anti-β tubulin III (1: 250) ו anti-NESTIN (1: 200) (ראה טבלה של חומרים).</li>
		<li>לדגור עם נוגדנים משניים מדוללים DPBS במשך 1 שעה ב RT בתא לח. חזור על שלב הכביסה עם TPBS שלוש פעמים במשך 10 דקות כל אחת. הערה: יש לשמור בחושך כדי למנוע מרווה של הנוגדן המשני הפלואורסצנטי. נוגדנים משניים הם Alexa Fluor 488 מצומד עם חמור נגד עכבר IgG ו Alexa Fluor 568 מצומד עם חמור נגד ארנב IgG בדילול של 1:400 (ראה טבלה של חומרים).</li>
		<li>דגירה עם DPBS המכיל DAPI (1: 500; ראה טבלת חומרים) במשך 10 דקות ב- RT בחושך. יש לשטוף שלוש פעמים עם TPBS במשך 10 דקות כל אחת.</li>
		<li>יש לטפטף כמות מתאימה של חומר איטום נגד פלואורסצנטיות (ראו טבלת חומרים) על השקף ולכסות בהחלקות כיסוי.</li>
		<li>הצג באופן חזותי באמצעות מנתח כמותי של תאי רקמה דמויי זרימה (ראה טבלת חומרים), או דומה.</li>
		<li>אחסן שקופיות בטמפרטורה של -20°C בחושך לאחר ניתוח מיקרוסקופי.</li>
	</ol></li>
</ol>

התמיינות תלת-ממדית משופרת של הרשתית העצבית מתאי גזע עובריים אנושיים

<ol>
	<li>Hoon, M., Okawa, H., Della Santina, ., Wong, L., O, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+architecture+of+the+retina:+development+and+disease.">Functional architecture of the retina: development and disease.</a> Prog Retin Eye Res. 42, 44-84 (2014).</li><li>Steinmetz, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Causes+of+blindness+and+vision+impairment+in+2020+and+trends+over+30+years,+and+prevalence+of+avoidable+blindness+in+relation+to+VISION+2020:+the+Right+to+Sight:+an+analysis+for+the+Global+Burden+of+Disease+Study.">Causes of blindness and vision impairment in 2020 and trends over 30 years, and prevalence of avoidable blindness in relation to VISION 2020: the Right to Sight: an analysis for the Global Burden of Disease Study.</a> Lancet Glob Health. 9 (2), e144-e160 (2021).</li><li>Pascolini, D., Mariotti, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+estimates+of+visual+impairment:+2010.">Global estimates of visual impairment: 2010.</a> Br J Ophthalmol. 96 (5), 614-618 (2012).</li><li>Singh, H. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Developmental+stage-specific+proliferation+and+retinoblastoma+genesis+in+RB-deficient+human+but+not+mouse+cone+precursors.">Developmental stage-specific proliferation and retinoblastoma genesis in RB-deficient human but not mouse cone precursors.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 115 (40), e9391-e9400 (2018).</li><li>Slijkerman, R. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+pros+and+cons+of+vertebrate+animal+models+for+functional+and+therapeutic+research+on+inherited+retinal+dystrophies.">The pros and cons of vertebrate animal models for functional and therapeutic research on inherited retinal dystrophies.</a> Prog Retin Eye Res. 48, 137-159 (2015).</li><li>Peng, Y. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+classification+and+comparative+taxonomics+of+foveal+and+peripheral+cells+in+primate+retina.">Molecular classification and comparative taxonomics of foveal and peripheral cells in primate retina.</a> Cell. 176 (5), 1222-1237 (2019).</li><li>Ribeiro, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Restoration+of+visual+function+in+advanced+disease+after+transplantation+of+purified+human+pluripotent+stem+cell-derived+cone+photoreceptors.">Restoration of visual function in advanced disease after transplantation of purified human pluripotent stem cell-derived cone photoreceptors.</a> Cell Rep. 35 (3), 109022 (2021).</li><li>Mehat, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transplantation+of+human+embryonic+stem+cell-derived+retinal+pigment+epithelial+cells+in+macular+degeneration.">Transplantation of human embryonic stem cell-derived retinal pigment epithelial cells in macular degeneration.</a> Ophthalmology. 125 (11), 1765-1775 (2018).</li><li>Manafi, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organoids+and+organ+chips+in+ophthalmology.">Organoids and organ chips in ophthalmology.</a> Ocul Surf. 19, 1-15 (2021).</li><li>Rossi, G., Manfrin, A., Lutolf, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Progress+and+potential+in+organoid+research.">Progress and potential in organoid research.</a> Nat Rev Genet. 19 (11), 671-687 (2018).</li><li>Nakano, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-formation+of+optic+cups+and+storable+stratified+neural+retina+from+human+ESCs.">Self-formation of optic cups and storable stratified neural retina from human ESCs.</a> Cell Stem Cell. 10 (6), 771-785 (2012).</li><li>Kuwahara, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation`of+a+ciliary+margin-like+stem+cell+niche+from+self-organizing+human+retinal+tissue.">Generation`of a ciliary margin-like stem cell niche from self-organizing human retinal tissue.</a> Nat Commun. 6, 6286 (2015).</li><li>Zhong, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+three-dimensional+retinal+tissue+with+functional+photoreceptors+from+human+iPSCs.">Generation of three-dimensional retinal tissue with functional photoreceptors from human iPSCs.</a> Nat Commun. 5, 4047 (2014).</li><li>Clevers, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+development+and+disease+with+organoids.">Modeling development and disease with organoids.</a> Cell. 165 (7), 1586-1597 (2016).</li><li>O'Hara-Wright, M., Gonzalez-Cordero, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Retinal+organoids:+a+window+into+human+retinal+development.">Retinal organoids: a window into human retinal development.</a> Development. 147 (24), (2020).</li><li>Li, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protective+effects+of+resveratrol+on+the+ethanol-induced+disruption+of+retinogenesis+in+pluripotent+stem+cell-derived+organoids.">Protective effects of resveratrol on the ethanol-induced disruption of retinogenesis in pluripotent stem cell-derived organoids.</a> FEBS Open Bio. 13 (5), 845-866 (2023).</li><li>Zou, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organoid-derived+C-Kit(+)/SSEA4(-)+human+retinal+progenitor+cells+promote+a+protective+retinal+microenvironment+during+transplantation+in+rodents.">Organoid-derived C-Kit(+)/SSEA4(-) human retinal progenitor cells promote a protective retinal microenvironment during transplantation in rodents.</a> Nat Commun. 10 (1), 1205 (2019).</li><li>Mandai, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pluripotent+stem+cell-derived+Retinal+organoid/cells+for+retinal+regeneration+therapies:+A+review.">Pluripotent stem cell-derived Retinal organoid/cells for retinal regeneration therapies: A review.</a> Regen Ther. 22, 59-67 (2023).</li><li>Suarez-Martinez, E., Suazo-Sanchez, I., Celis-Romero, M., Carnero, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+and+organoid+culture+in+research:+physiology,+hereditary+genetic+diseases+and+cancer.">3D and organoid culture in research: physiology, hereditary genetic diseases and cancer.</a> Cell Biosci. 12 (1), 39 (2022).</li><li>Bose, R., Banerjee, S., Dunbar, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+neurological+disorders+in+3D+organoids+using+human-derived+pluripotent+stem+cells.">Modeling neurological disorders in 3D organoids using human-derived pluripotent stem cells.</a> Front Cell Dev Biol. 9, 640212 (2021).</li><li>Capowski, E. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reproducibility+and+staging+of+3D+human+Retinal+organoids+across+multiple+pluripotent+stem+cell+lines.">Reproducibility and staging of 3D human Retinal organoids across multiple pluripotent stem cell lines.</a> Development. 146 (1), 171686 (2019).</li><li>Sanjurjo-Soriano, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RA+delays+initial+photoreceptor+differentiation+and+results+in+a+highly+structured+mature+Retinal+organoid.">RA delays initial photoreceptor differentiation and results in a highly structured mature Retinal organoid.</a> Stem Cell Res Ther. 13 (1), 478 (2022).</li><li>Li, X., Zhang, L., Tang, F., Wei, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Retinal+organoids:+cultivation,+differentiation,+and+transplantation.">Retinal organoids: cultivation, differentiation, and transplantation.</a> Front Cell Neurosci. 15, 638439 (2021).</li><li>Zerti, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Developing+a+simple+method+to+enhance+the+generation+of+cone+and+rod+photoreceptors+in+pluripotent+stem+cell-derived+Retinal+organoids.">Developing a simple method to enhance the generation of cone and rod photoreceptors in pluripotent stem cell-derived Retinal organoids.</a> Stem Cells. 38 (1), 45-51 (2020).</li><li>Kim, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=transcriptome+profiling,+and+functional+validation+of+cone-rich+human+Retinal+organoids.">transcriptome profiling, and functional validation of cone-rich human Retinal organoids.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 116 (22), 10824-10833 (2019).</li><li>Yamasaki, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Addition+of+Chk1+inhibitor+and+BMP4+cooperatively+promotes+retinal+tissue+formation+in+self-organizing+human+pluripotent+stem+cell+differentiation+culture.">Addition of Chk1 inhibitor and BMP4 cooperatively promotes retinal tissue formation in self-organizing human pluripotent stem cell differentiation culture.</a> Regen Ther. 19, 24-34 (2022).</li><li>D&#246;pper, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differentiation+protocol+for+3D+Retinal+organoids,+immunostaining+and+signal+quantitation.">Differentiation protocol for 3D Retinal organoids, immunostaining and signal quantitation.</a> Curr Protoc Stem Cell Biol. 55 (1), e120 (2020).</li><li>Norrie, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Retinoblastoma+from+human+stem+cell-derived+Retinal+organoids.">Retinoblastoma from human stem cell-derived Retinal organoids.</a> Nat Commun. 12 (1), 4535 (2021).</li></ol>

כל המחברים מצהירים כי אין להם ניגודי עניינים.

ROs אנושיים יכולים לשחזר באופן מרחבי וזמני את התפתחות הרשתית העוברית, ו- ROs מוקדמים מפגינים רמה גבוהה של דמיון לרשתית העובר בשלבים מקבילים של התפתחות15. במונחים של מורפולוגיה של רקמות וביטוי מולקולרי, RO אנושי משקף באופן הדוק את מצב הצמיחה בפועל של רקמת הרשתית, ומספק הזדמנויות עצ?...

העין משמשת כמקור המידע העיקרי בין איברי החישה האנושיים, כאשר הרשתית היא הרקמה החישה הראייתית העיקרית בעיני יונקים1. רטינופתיה עומדת כאחד הגורמים העולמיים העיקריים למחלות עיניים, המובילות לעיוורון2. כ-2.85 מיליון אנשים ברחבי העולם סובלים בדרגות שונות של ליקוי ראייה עקב רטינופתיה3. כתוצאה מכך, חקירת הפתוגנזה שלה חיונית לאבחון מוקדם וטיפול בזמן. רוב המחקרים על רטינופתיה אנושית התמקדו בעיקר במודלים של בעלי חיים 4,5,6. עם זאת, הרשתית האנושית היא רקמה מורכבת ורב-שכבתית הכוללת סוגי תאים שונים. תרביות תאים דו-ממדיות מסורתיות (2D) ומערכות מודל של בעלי חיים בדרך כלל אינן מצליחות לשחזר נאמנה את ההתפתחות המרחבית-זמנית הרגילה ואת חילוף החומרים התרופתי של הרשתית האנושית הטבעית 7,8.
לאחרונה, טכניקות תרבית תלת-ממדיות התפתחו כדי ליצור איברים דמויי רקמות מתאי גזע פלוריפוטנטיים (PSCs)9,10. אורגנואידים ברשתית (ROs) הנוצרים מתאי PSC אנושיים במערכת תרבית תרחיף תלת-ממדית לא רק מכילים שבעה סוגי תאי רשתית, אלא גם מציגים מבנה מרובד מובהק הדומה לרשתית האנושית in vivo 11,12,13. ROs שמקורם ב-PSC בבני אדם צברו פופולריות וזמינות נרחבת וכיום הם המודלים הטובים ביותר במבחנה לחקר ההתפתחות והמחלות של הרשתית האנושית14,15. במהלך העשורים האחרונים, חוקרים רבים הוכיחו כי PSCs אנושיים, כולל תאי גזע עובריים (ESC) ותאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSCs), יכולים להתמיין לתאי RO באמצעות פרוטוקולי אינדוקציה שונים. התקדמות זו טומנת בחובה פוטנציאל עצום ברטינופתיה למידול מחלות, בדיקות סקר לתרופות וטיפולים מבוססי תאי גזע 16,17,18.
עם זאת, יצירת הרשתית העצבית (NR) מתאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים (PSC) היא תהליך מורכב, מסורבל וגוזל זמן. יתר על כן, שינויים בין אצווה לאצווה באורגנואידים של רקמות עשויים להוביל לשכפול נמוך יותר של תוצאות19,20. גורמים פנימיים וחיצוניים רבים יכולים להשפיע על התשואה של אורגנואידים ברשתית (ROs), כגון מספר או מינים של תאים התחלתיים ושימוש בגורמי שעתוק ותרכובות מולקולות קטנות 21,22,23. מאז RO האנושי הראשון נוצר על ידי מעבדת סאסאי11, הוצעו שינויים מרובים במהלך השנים כדי לשפר את הקלות והיעילות של תהליך האינדוקציה 13,21,24,25. למרבה הצער, עד כה, לא נקבע פרוטוקול תקן זהב לייצור ROs בכל המעבדות. ואכן, קיימת מידה מסוימת של אי התאמה ב- ROs הנובעת משיטות אינדוקציה שונות, כמו גם שונות רבה בביטוי סמני הרשתית והחוסן של המבנה שלהם22,26. סוגיות אלה עלולות לסבך מאוד את איסוף הדגימות ואת פענוח ממצאי המחקר. לכן, יש צורך בפרוטוקול בידול מאוחד וחזק יותר כדי למקסם את היעילות עם הטרוגניות מינימלית של דור RO.
מחקר זה מתאר פרוטוקול אינדוקציה אופטימלי המבוסס על שילוב של Kuwahara et al.12 ו- Döpper et al.27 עם הוראות מפורטות. השיטה החדשה מפחיתה באופן משמעותי את ההסתברות של שלפוחית אורגנואיד ואיחוי, ומגדילה את שיעור ההצלחה של יצירת NR. פיתוח זה טומן בחובו הבטחה גדולה עבור מודלים של מחלות, בדיקות סקר תרופתיות ויישומי תרפיה תאית להפרעות רשתית.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.01 M TPBS</td>
			<td>Servicebio</td>
			<td>G0002</td>
			<td>Washing slices</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4% Paraformaldehyde</td>
			<td>Servicebio</td>
			<td>G1101-500ML</td>
			<td>Fix retinal organoids</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 mL Pasteur pipette</td>
			<td>NEST Biotechnology</td>
			<td>318516</td>
			<td>Pipette retinal organoids</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>96 V-bottomed conical wells</td>
			<td>Sumitomo Bakelit</td>
			<td>MS-9096VZ</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adhesion Microscope Slides</td>
			<td>CITOTEST</td>
			<td>188105</td>
			<td>Fix slices</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AggreWell medium</td>
			<td>STEMCELL Technologies</td>
			<td>5893</td>
			<td>Medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anhydrous ethanol</td>
			<td>SINOPHARM</td>
			<td>10009218</td>
			<td>Dehydrate&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-CHX10</td>
			<td>Santa Cruz</td>
			<td>sc-365519</td>
			<td>Primary antibody</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Antifade Solution</td>
			<td>ZSGB-BIO</td>
			<td>ZLI-9556</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-KI67</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab16667</td>
			<td>Primary antibody</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-NESTIN</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>N5413</td>
			<td>Primary antibody</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-Neuronal Class III &#946;-Tubulin(TUJ1)</td>
			<td>Beyotime</td>
			<td>AT809</td>
			<td>Primary antibody</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anti-PAX6</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab195045</td>
			<td>Primary antibody</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell dissociation solution(CDS)</td>
			<td>STEMCELL Technologies</td>
			<td>7922</td>
			<td>Cell dissociation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CHIR99021</td>
			<td>Selleckchem</td>
			<td>S2924</td>
			<td>GSK-3&#945;/&#946; inhibitor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cholesterol Lipid Concentrate</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>12531018</td>
			<td>250&#215;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Citrate Antigen Retrieval Solution</td>
			<td>Servicebio</td>
			<td>G1202-250ML</td>
			<td>20&#215;, pH 6.0</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CS10</td>
			<td>STEMCELL Technologies</td>
			<td>1001061</td>
			<td>Cell Freezing Medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DAPI</td>
			<td>Roche</td>
			<td>10236276001</td>
			<td>Nuclear counterstain</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl sulfoxide(DMSO)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>D2650</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM/F12</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>11330032</td>
			<td>Medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM/F12-GlutaMAX</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>10565018</td>
			<td>Medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Donkey anti-Mouse Alexa Fluor Plus 488</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A32766</td>
			<td>Secondary Antibody</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Donkey anti-Rabbit Alexa Fluor 568</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A10042</td>
			<td>Secondary Antibody</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethylene Diamine Tetraacetic Acid (EDTA)</td>
			<td>Biosharp</td>
			<td>BL518A</td>
			<td>0.5 M, pH 8.0, cell dissociation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Extracellular matrix (ECM)</td>
			<td>Corning</td>
			<td>354277</td>
			<td>Coating plates</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>F12-Glutamax</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>31765035</td>
			<td>Medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>A5669701</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flow-like tissue cell quantitative analyzer</td>
			<td>TissueGnostics</td>
			<td>TissueFAXS Plus</td>
			<td>Scan sections</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IMDM-GlutaMAX</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>31980030</td>
			<td>Medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IWR1-endo</td>
			<td>Selleckchem</td>
			<td>S7086</td>
			<td>Wnt-inhibitor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KnockOut Serum Replacement</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>10828028</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LDN-193189 2HCl</td>
			<td>Selleckchem</td>
			<td>S7507</td>
			<td>BMP-inhibitor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Low-adhesion 24-well Plates</td>
			<td>Corning</td>
			<td>3473</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Low-adhesion 6-well Plates</td>
			<td>Corning</td>
			<td>3471</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Maintenance medium (MM)</td>
			<td>STEMCELL Technologies</td>
			<td>85850</td>
			<td>Medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N2 supplement</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>17502048</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Normal Donkey Serum</td>
			<td>Solarbio</td>
			<td>SL050</td>
			<td>Blocking buffer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraplast</td>
			<td>Leica</td>
			<td>39601006</td>
			<td>Tissue embedding</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PBS pH 7.4 basic (1x)</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>C10010500BT</td>
			<td>Without Ca+,Mg+</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reconbinant human bone morphogenetic protein-4(rhBMP4)</td>
			<td>R&#38;D</td>
			<td>314-BP</td>
			<td>Key protein factor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Retinoic acid</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>R2625</td>
			<td>Powder, keep out of light</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SB431542</td>
			<td>Selleckchem</td>
			<td>S1067</td>
			<td>ALK5-inhibitor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SU5402</td>
			<td>Selleckchem</td>
			<td>S7667</td>
			<td>Tyrosine kinase inhibitor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Super PAP Pen</td>
			<td>ZSGB-BIO</td>
			<td>ZLI-9305</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Taurine</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>T0625-10G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thioglycerol</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>M1753</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>X100</td>
			<td>Permeabilization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>WA09 embryonic stem cell line</td>
			<td>WiCell Research Institute</td>
			<td></td>
			<td>Cell line</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylene</td>
			<td>SINOPHARM</td>
			<td>10023418</td>
			<td>Dewaxing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Y-27632 2HCL</td>
			<td>Selleckchem</td>
			<td>S1049</td>
			<td>ROCK-inhibitor</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

generating neural retina from human pluripotent stem cells

רטינופתיה היא אחד הגורמים העיקריים לעיוורון ברחבי העולם. חקירת הפתוגנזה שלה חיונית לאבחון מוקדם וטיפול בזמן של רטינופתיה. למרבה הצער, מחסומים אתיים מעכבים איסוף ראיות מבני אדם. לאחרונה, מחקרים רבים הראו כי תאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים (PSCs) יכולים להיות ממוינים לאורגנואידים ברשתית (ROs) באמצעות פרוטוקולי אינדוקציה שונים, שיש להם פוטנציאל עצום ברטינופתיה למידול מחלות, סינון תרופות וטיפולים מבוססי תאי גזע. מחקר זה מתאר פרוטוקול אינדוקציה אופטימלי ליצירת רשתית עצבית (NR) המפחיתה באופן משמעותי את ההסתברות לשלפוחית ואיחוי, ומגדילה את שיעור ההצלחה של הייצור עד היום ה-60. בהתבסס על היכולת של PSCs לארגן מחדש את עצמם לאחר דיסוציאציה, בשילוב עם גורמים משלימים מסוימים, שיטה חדשה זו יכולה באופן ספציפי להניע התמיינות NR. יתר על כן, הגישה אינה מסובכת, חסכונית, מפגינה חזרתיות ויעילות ראויות לציון, מציגה סיכויים מעודדים למודלים מותאמים אישית של מחלות רשתית, ומספקת מאגר תאים בשפע ליישומים כגון תרפיה תאית, בדיקות סקר תרופתיות ובדיקות ריפוי גנטי.

The eye serves as the primary source of information among human sensory organs, with the retina being the principal visual sensory tissue in mammalian eyes1. Retinopathy stands as one of the primary global causes of eye diseases, leading to blindness2. Approximately 2.85 million people worldwide suffer from varying degrees of vision impairment due to retinopathy3. Consequently, investigating its pathogenesis is crucial for early diagnosis and timely treatment. Most studies on human retinopathy have primarily focused on animal models4,5,6. However, the human retina is a complex, multi-layered tissue comprising various cell types. Traditional two-dimensional (2D) cell culture and animal model systems typically fail to faithfully recapitulate the normal spatiotemporal development and drug metabolism of the native human retina7,8.
Recently, 3D culture techniques have evolved to generate tissue-like organs from pluripotent stem cells (PSCs)9,10. Retinal organoids (ROs) generated from human PSCs in a 3D suspension culture system not only contain seven retinal cell types but also exhibit a distinct stratified structure similar to the human retina in vivo11,12,13. Human PSC-derived ROs have gained popularity and widespread availability and are currently the best in vitro models for studying the development and disease of the human retina14,15. Over the past few decades, numerous researchers have demonstrated that human PSCs, including embryonic stem cells (ESCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs), can differentiate into ROs using various induction protocols. These advancements hold enormous potential in retinopathy for disease modeling, drug screening, and stem cell-based therapies16,17,18.
However, the generation of neural retina (NR) from human pluripotent stem cells (PSCs) is a complex, cumbersome, and time-consuming process. Furthermore, batch-to-batch variations in tissue organoids may lead to lower reproducibility of results19,20. Numerous intrinsic and extrinsic factors can influence the yield of retinal organoids (ROs), such as the number or species of starting cells and the use of transcription factors and small-molecule compounds21,22,23. Since the first human RO was generated by the Sasai laboratory11, multiple modifications have been proposed over the years to enhance the ease and effectiveness of the induction process13,21,24,25. Unfortunately, to date, no gold standard protocol has been established for generating ROs in all laboratories. Indeed, there is a certain degree of discrepancy in ROs resulting from different induction methods, as well as wide variation in the expression of retinal markers and the robustness of their structure22,26. These issues may severely complicate sample collection and the interpretation of study findings. Therefore, a more consolidated and robust differentiation protocol is needed to maximize efficiency with minimal heterogeneity of RO generation.
This study describes an optimized induction protocol based on a combination of Kuwahara et al.12 and D&#246;pper et al.27 with detailed instructions. The new method significantly reduces the probability of organoid vesiculation and fusion, increasing the success rate of generating NR. This development holds great promise for disease modeling, drug screening, and cell therapy applications for retinal disorders.

מחבר זרקור: ייצור אורגנואיד פשוט ויעיל ברשתית העצבית למידול מחלות

יצירת רשתית עצבית מתאי גזע פלוריפוטנטיים אנושיים

Our group focuses on understanding the pathogenesis and the treatment of human retinal diseases. Our protocol describes a optimized induction technique to generate a neural retina that significantly reduce the probability of vasculation and fusion to increase the success rate of retinal production until day 60. The modified method is simpler and more efficient in generating neural retina, which can prove to be a better disease model for drug screening and cell therapy.In the future, we aim to study the effects of physicochemical factors on retinal development and underlying mechanism using our retinal organoid model.

סקירה גרפית של הפרוטוקול שהשתנה מוצגת באיור 1. H9-ESCs שימשו ליצירת ROs כאשר התאים גדלו לצפיפות של 70%-80%. תרחיפים חד-תאיים של H9-ESCs ב-96 בארות חרוטיות בעלות תחתית V הצטברו ביום הראשון ויצרו EBs עגולים מוגבלים היטב ביום ה-6. ככל שזמן התרבות גדל, נפח ה- EBs גדל בהדרגה. ביום ה-30, מבנים דמויי נו?...

Watch this Scientific Journal Video about Generating Neural Retina from Human Pluripotent Stem Cells at JoVE.com

הפרוטוקול הנוכחי מתאר מערכת אינדוקציה תלת-ממדית אופטימלית של הרשתית העצבית המפחיתה את ההידבקות והאיחוי של אורגנואידים ברשתית עם חזרתיות ויעילות גבוהות.

Retinopathy is one of the main causes of blindness worldwide. Investigating its pathogenesis is essential for the early diagnosis and timely treatment of ...

הקבוצה שלנו מתמקדת בהבנת הפתוגנזה והטיפול במחלות רשתית אנושיות. הפרוטוקול שלנו מתאר טכניקת אינדוקציה אופטימלית ליצירת רשתית עצבית המפחיתה באופן משמעותי את ההסתברות לכלי דם ואיחוי כדי להגדיל את שיעור ההצלחה של ייצור הרשתית עד היום ה-60. השיטה המותאמת פשוטה ויעילה יותר ביצירת רשתית עצבית, אשר יכולה להוכיח את עצמה כמודל מחלה טוב יותר לבדיקות סקר תרופתיות וטיפול תאי.בעתיד, אנו שואפים לחקור את ההשפעות של גורמים פיסיקוכימיים על התפתחות הרשתית והמנגנון הבסיסי באמצעות מודל האורגנואידים ברשתית שלנו.

generating-neural-retina-from-human-pluripotent-stem-cells

Research

JoVE Journal

Developmental Biology

Generating Neural Retina from Human Pluripotent Stem Cells

826 Views.  Medical School of Chinese PLA. הקבוצה שלנו מתמקדת בהבנת הפתוגנזה והטיפול במחלות רשתית אנושיות. הפרוטוקול שלנו מתאר טכניקת אינדוקציה אופטימלית ליצירת רשתית עצבית המפחיתה באופן משמעותי את ההסתברות לכלי דם ואיחוי כדי להגדיל את שיעור ההצלחה של ייצור הרשתית עד היום ה-60. השיטה המותאמת פשוטה ויעילה יותר ביצי...

Video: מחבר זרקור: ייצור אורגנואיד פשוט ויעיל ברשתית העצבית למידול מחלות

Retinopathy is one of the main causes of blindness worldwide. Investigating its pathogenesis is essential for the early diagnosis and timely treatment of retinopathy. Unfortunately, ethical barriers hinder the collection of evidence from humans. Recently, numerous studies have shown that human pluripotent stem cells (PSCs) can be differentiated into retinal organoids (ROs) using different induction protocols, which have enormous potential in retinopathy for disease modeling, drug screening, and stem cell-based therapies. This study describes an optimized induction protocol to generate neural retina (NR) that significantly reduces the probability of vesiculation and fusion, increasing the success rate of production until day 60. Based on the ability of PSCs to self-reorganize after dissociation, combined with certain complementary factors, this new method can specifically drive NR differentiation. Furthermore, the approach is uncomplicated, cost-effective, exhibits notable repeatability and efficiency, presents encouraging prospects for personalized models of retinal diseases, and supplies a plentiful cell reservoir for applications such as cell therapy, drug screening, and gene therapy testing.

The present protocol describes an optimized 3D neural retina induction system that reduces the adhesion and fusion of retinal organoids with high repeatability and efficiency.

Culturing H9-Embryonic Stem Cells for Generation of Human Neural Retina

To begin, add one milliliter of 1%extracellular matrix to each well of a six well plate. Incubate the plate at 37 degrees Celsius in a 5%carbon dioxide atmosphere. After one hour, add two milliliters of prewarm maintenance medium containing 0.4 micromolar Y-27632 to each well.To thaw the H9 embryonic stem cells, shake the cryovial stock in a 37 degree Celsius water bath for 30 seconds. Carefully sterilize the cryovial with a 75%disinfectant alcohol spray. Then transfer the thawed cells to a 15 milliliter tube containing the maintenance medium and Y-27632.Centrifuge the tube at 190 G for five minutes at room temperature. Then carefully remove most of the supernatant and resuspend the cells in one milliliter of maintenance medium containing Y-27632. Dispense 0.5 milliliters of the cell suspension to each well of the extracellular matrix coated plate containing maintenance medium.Shake the plate laterally and incubate the plate at 37 degrees Celsius under 5%carbon dioxide for at least 24 hours. Change the medium every day. Once the clone density reaches 70%remove the spent medium.After 2D PBS washes, incubate the cells with one milliliter of EDTA for four to seven minutes at room temperature and discard EDTA completely. Add one milliliter of maintenance medium to the cells and tap the plate gently. Then transfer the dislodged cells to a 15 milliliter tube and mix them three to five times.Add 20 to 100 microliters of cell suspension to each well of a previously prepared ECM-coated dish and mix well. Using a microscope, confirm the cell density and incubate the cells at 37 degrees Celsius under 5%carbon dioxide.

גידול תאי גזע עובריים H9 ליצירת רשתית עצבית אנושית 

Inducing 3D Neural Retina Formation from Cultured H9-Embryonic Stem Cells for Stem-Cell Based Therapies

To begin, thaw and culture H9-embryonic stem cells in maintenance medium containing Y-27632. On day zero, once the colonies become 70%confluent, wash them with 2 milliliters of DPBS, then incubate the cells with 0.5 milliliters of cell dissociation solution containing 20 micromoles per liter Y-27632. To abort the digestion, add 3 milliliters of maintenance medium containing 20 micromoles per liter Y-27632.To pellet the cells, centrifuge the tube at 190 G for five minutes and discard the supernatant. Resuspend the pellet in one milliliter of growth factor-free chemically-defined medium with Y-27632. After counting the cells, add 1.2 million cells to 10 milliliters of growth factor-free chemically-defined medium and mix well.Then dispense 100 microliters of cell suspension to each well of a 96 well conical bottom plate. Incubate in a humidified 5%carbon dioxide atmosphere. To induce retina formation on day six, add medium containing BMP4 to each well of a 96 well V-bottom plate and incubate again.On day nine, 12, and 15, replace half of the spent medium with fresh medium without BMP4. On day 18, carefully transfer the formed embryoid bodies to a 15 milliliter centrifuge tube. After the natural precipitation of the embryoid bodies, gently remove the supernatant and rinse them with the neural retina differentiation medium.Then place the embryoid bodies in a low absorption six well plate and incubate the plate again. On day 21, Brightfield images showed continuous neuroepithelial structure in the neural retina generated using this method. The retinal induction success rate was significantly higher and retinal organoids generated using this protocol were similar in size and morphology compared to other methods.