이 연구는 헬싱키 선언의 원칙에 따라 수행되었으며 중국 PLA 종합 병원의 기관 윤리 위원회의 승인을 받았습니다. WA09(H9) ESC 라인은 WiCell 연구소에서 입수했습니다.
1. 배양 배지 및 시약 준비
<ol><li>인간 ESC 배양 배지 및 통로 용액<ol><li>유지 배지(MM): 500mL의 완전한 MM(기초 배지 + 5x 보충, 재료 표 참조)을 무균 상태로 준비합니다. 보충제 5배를 실온(RT)에서 또는 2-8°C에서 하룻밤 동안 해동합니다. RT로 예열하십시오. 보충제가 탁해지지 않을 때까지 사용 전에 잘 저어줍니다.</li>
		<li>1% 세포외 기질(ECM): 사전 냉각된 피펫 팁과 멸균 튜브를 사용하여 튜브당 200μL의 ECM( 재료 표 참조)을 얼음에 분주합니다. 튜브를 -20°C 냉동고에 보관하십시오. ECM을 얼음 위에서 녹이고 1:100에서 사전 냉각된 DMEM/F12로 희석합니다.</li>
		<li>0.5mM pH = 8.0 EDTA: 500mL의 0.5mM EDTA를 제조하려면 500μL의 0.5M EDTA와 0.9g의 NaCl을 1x Dulbecco의 인산염 완충 식염수(DPBS) 500mL에 추가합니다( 재료 표 참조). 잘 섞어서 2-8 °C에서 보관합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>망막 분화 배지<ol><li>성장 인자가 없는 화학적으로 정의된 배지(gfCDM): 45% Iscove의 변형된 Dulbecco의 배지-글루타맥스(IMDM-GlutaMAX), 45% 함의 F12-글루타맥스(F12-Glutamax), 10% 녹아웃 혈청 치환제(KSR), 1% 콜레스테롤 지질 농축물 및 450μM 티오글리세롤을 혼합하여 gfCDM을 준비합니다( 재료 표 참조).</li>
	</ol></li>
	<li>저분자 화합물<ol><li>Y-27632 2HCl: 50mL의 디메틸설폭사이드(DMSO) 3.122mL에 Y-27632 분말 50mg을 추가합니다. Y-27632( 재료 표 참조)를 -80°C에서 50mM 농도에서 2년 동안 빛을 피하고 투약 및 보관합니다. 사용을 위해 스톡을 2,500배(20μM)로 희석하여 gfCDM mL당 Y-27632 0.4μL에 해당합니다.</li>
		<li>IWR1-endo: DMSO 2.4424mL를 첨가하여 IWR1-endo 10mg을 용해시켜 10mM 원액을 얻습니다( 재료 표 참조). 분취액을 분주하고 -80°C에서 최대 2년 동안 보관합니다. 유도를 위해 3μM 농도에 대해 gfCDM mL당 0.3μL의 10mM IWR1-endo를 추가합니다.</li>
		<li>SB431542: 50mM SB431542 준비하려면 DMSO 0.5203mL에 SB431542 10mg( 재료 표 참조)을 넣고 잘 섞습니다. -80°C의 용매에서 최대 2년 동안 보관합니다. 10μM의 작업 농도에서 SB431542을 제조하려면 50mM 원액 2μL를 gfCDM 10mL에 첨가합니다.</li>
		<li>LDN-193189 2HCl: LDN-193189 2HCl 5mg( 재료 표 참조)을 DMSO 10.4297mL에 용해시켜 1mM의 원액을 얻습니다. -20 °C 또는 -80 °C에서 보관하십시오(제조업체 권장). gfCDM 10mL마다 0.1μL의 스톡을 추가하여 유도를 위해 100nM의 LDN-193189를 생성합니다.</li>
		<li>재조합 인간 뼈 형태 형성 단백질 4 (BMP4) : 4 mM HCl에서 50-200 μg / mL로 재구성합니다 ( 재료 표 참조). 재구성 후 2 °C에서 8 °C에서 1 개월 동안 또는 -20 °C에서 1 년 동안 보관하십시오. 1.5nM BMP4를 사용하여 NR 유도를 수행합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>장기 NR 배양 배지<ol><li>레티노산(RA): RA 분말 6mg을 측정하고( 재료 표 참조) DMSO 3.9941mL에 첨가합니다. -80 °C에서 5 mM의 부분 표본으로 보관하고 3개월 이내에 사용하십시오. 0.5μM의 작업 농도를 달성하려면 마스터 믹스 10μL를 100mL의 신경 망막 분화 배지(NRDM)에 첨가합니다. 사용 직전에 추가하십시오. 알림: 준비 및 보관 중에는 빛을 피하십시오.</li>
		<li>타우린: 200 mg의 타우린 분말( 재료 표 참조)을 7.9904 mL의 DMSO에 첨가하여 200 mM 원액을 얻습니다. 2-8 °C에서 분배 및 보관하십시오. NRDM 100mL당 50μL의 원액을 첨가하여 0.1mM 타우린의 작업 농도를 달성합니다.</li>
		<li>NRDM: DMEM/F12-GlutaMAX 배지, 1% N2 보충제, 10% 소 태아 혈청, 0.5mM RA 및 0.1mM 타우린으로 NRDM을 구성합니다( 재료 표 참조). 구성 요소의 활성을 보장하기 위해 2-8 °C에서 최대 2 주 또는 -20 °C에서 6 개월 동안 보관하십시오.</li>
	</ol></li>
	<li>차단 완충액: DPBS로 1:9로 희석하여 사용할 10% 작동 용액을 얻습니다( 재료 표 참조). -20 °C에서 최대 5년간 보관하십시오. 알림: 무게를 제외한 무균 상태를 보장하기 위해 Class II Biosafety Cabinet에서 다른 모든 절차를 수행하십시오. 준비 과정에서 계량된 시약을 추가해야 하는 경우 여과를 위해 0.22μm 필터를 사용하십시오.</li>
</ol>2. H9-ESC의 배양
<ol><li>H9-ESC의 해동<ol><li>1-웰 플레이트의 각 웰에 1% ECM 1mL를 추가합니다. 5%CO2 분위기의 37°C의 인큐베이터에서 1시간 동안 배양합니다. 알림: ECM은 표면에 달라붙을 수 있으므로 우물 벽을 따라 ECM을 추가하지 마십시오.</li>
		<li>액체 질소 탱크에서 H9-ESC 극저온 스톡을 꺼내 37°C 물에서 30초 동안 빠르게 흔듭니다. 알림: 바이알이 완전히 해동되지 않도록 하십시오.</li>
		<li>바이알을 제거하고 75% 소독 알코올 스프레이를 사용하여 조심스럽게 살균합니다. 극저온에서 해동된 H9-ESC를 10μM Y-27632를 사용하여 9mL MM이 들어 있는 15mL 튜브에 추가합니다.</li>
		<li>RT에서 190× g 에서 5분 동안 튜브를 원심분리합니다. 세포 손실을 방지하기 위해 약 50μL의 상층액을 남기고 1mL 피펫으로 대부분의 상층액을 조심스럽게 제거합니다.</li>
		<li>세포 침전물에 10μM의 Y27632가 포함된 MM 1mL를 추가하고 피펫팅을 위아래로 5-10회 수행하여 1mL 피펫으로 세포 침전물을 부드럽게 재현탁합니다.</li>
		<li>배양 1시간 후 ECM 코팅을 제거합니다. 각 웰에 10μM Y-27632를 포함하는 예열된 MM 2mL를 추가합니다.</li>
		<li>웰당 0.5mL의 세포 현탁액을 분주합니다. 세포가 고르게 분포되도록 플레이트를 옆으로 부드럽게 흔듭니다.</li>
		<li>플레이트를 만지지 않고 37 ° C에서 5 % CO2 미만으로 최소 24 시간 동안 배양합니다.</li>
		<li>매일 매체를 바꾸십시오. 클론 밀도가 70% 이상에 도달하면 패세이징이 필요합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>H9-ESC의 패세이징<ol><li>위에서 설명한 대로 ECM 코팅 플레이트를 준비하고(단계 2.1.1) 웰당 2mL의 MM을 추가합니다.</li>
		<li>6웰 플레이트에서 사용한 배지를 제거합니다. DPBS 1mL로 각각 두 번 잘 씻습니다.</li>
		<li>1mL의 EDTA를 천천히 첨가하고 RT에서 4-7분 동안 1mL의 EDTA로 배양하여 각각을 두 번 잘 씻습니다. 알림: 배양하는 동안 현미경으로 6웰 플레이트를 3분 동안 검사합니다. 대부분의 세포가 접시에서 거의 분리되는 경우 즉시 다음 단계로 진행하십시오. 세포에 대한 부정적인 영향을 줄이기 위해 장시간 배양을 피하십시오.</li>
		<li>EDTA를 버리고 MM 1mL를 추가하여 분해를 중단합니다.</li>
		<li>대부분의 셀이 분리될 때까지 웰 플레이트를 부드럽게 두드립니다.</li>
		<li>세포 현탁액을 5mL 피펫이 있는 15mL 원심분리 튜브에 조심스럽게 옮깁니다. H9-ESC 콜로니를 위아래로 부드럽게 3-5회 재현탁하여 파스퇴르 피테트와 혼합합니다. 20-100 μL의 세포 현탁액을 새로운 ECM 코팅 6웰 배양 접시에 옮기고 앞뒤로 흔듭니다.</li>
		<li>현미경으로 세포 밀도가 충분한 것으로 관찰되면 플레이트를 만지지 않고 37 % CO2 % 미만에서 최소 24 시간 동안 배양합니다.</li>
		<li>매일 미디어를 교체하십시오. 클론 밀도가 70% 이상이면 통과가 필요합니다.</li>
	</ol></li>
</ol>3. 인간 NR 생성
참고: 콜로니가 약 70%의 합류를 달성하면 그림 1에 설명된 절차 단계를 사용하여 망막 오가노이드(RO)로 분화할 수 있습니다.
<ol><li>0일차 - 배아체(EB) 형성<ol><li>2mL의 DPBS로 세포를 세척한 후 20μM Y27632를 포함하는 0.5mL의 CDS( 재료 표 참조)를 웰에 추가합니다. 가습된 5%CO2 인큐베이터에서 37°C에서 3분 동안 배양합니다. 알림: 현미경으로 확인하십시오. 세포에 대한 유해한 영향을 피하기 위해 가능한 한 배양 시간을 줄이십시오.</li>
		<li>20μM Y27632를 함유한 MM 3mL를 추가하여 분해를 중단합니다. 190× g 에서 5분 동안 원심분리하고 상층액을 버립니다.</li>
		<li>20μM Y27632를 함유하는 gfCDM 1mL에 세포 펠릿을 재현탁시키고 세포를 계수합니다. 20 μM Y-27632, 3 μM IWR1-endo, 10 μM SB431542 및 100 nM LDN-193189와 사전 통합된 10 mL의 gfCDM에 1.2 × 106 세포(웰당 1.2 ×10 4 세포)에 대한 해당 부피를 추가합니다( 재료 표 참조).</li>
		<li>100μL의 셀 현탁액을 96V 바닥 원뿔형 웰의 각 웰에 추가합니다. 플레이트를 가습된 5% CO2 인큐베이터에 6일까지 놓습니다. 알림: EB의 접착력을 높이기 위해 최소 24시간 동안 접시를 움직이지 마십시오.</li>
	</ol></li>
	<li>6일째 - 망막 유도<ol><li>6일째에 55ng/mL BMP4가 포함된 gfCDM 10mL를 추가하여 EB에서 배양 배지를 완전히 변경할 수 있습니다. 플레이트를 인큐베이터로 되돌립니다. 알림: 기포를 피하기 위해 96 V-바닥 원뿔형 웰의 벽을 향해 피펫을 넣습니다. 매체를 변경할 때 오가노이드를 사용하지 마십시오.</li>
		<li>9일째, 12일째 및 15일에 중간 정도의 변화를 실시합니다. 배지의 절반을 새 gfCDM으로 교체하여 BMP4를 점차적으로 희석합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>18일째 - 장기적인 NR 문화<ol><li>18일째에 5mL 파스퇴르 피펫을 사용하여 형성된 EB를 15mL 원심분리 튜브로 조심스럽게 옮기고 NRDM으로 다시 부드럽게 헹굽니다. EB를 저흡착 6웰 또는 24웰 플레이트로 옮깁니다( 재료 표 참조). 플레이트를 인큐베이터로 되돌립니다.</li>
		<li>배지를 3일마다 새 NRDM으로 교체하십시오. 알림: RA는 빛에 민감하므로 매체 변경 중에는 조명을 끄십시오. 심하게 분화된 오가노이드를 제거하고 부착된 오가노이드를 현미경으로 분리합니다.</li>
	</ol></li>
</ol>4. 인간 NR 분석
<ol><li>RO 장착<ol><li>서로 다른 세대의 H9-ESC를 선택하여 3개의 RO 배치를 유도합니다. 참고: 유도 성공률을 평가하기 위해 세 가지 평가된 방법(Kuwahara et al.12, Döpper et al.27 및 본 연구에서 수정된 방법) 각각에 대한 형성 NR의 수를 세 개의 플레이트로 계산합니다. 유도는 광학 현미경 검사에서 30일째에 신경 상피와 같은 구조의 형성이 밝혀지면 성공적인 것으로 간주됩니다.</li>
	</ol></li>
	<li>RO의 면역형광 염색<ol><li>3-5 RO를 1.5 mL 튜브로 옮깁니다. 과도한 배지를 피펫팅하고 RT에서 1mL의 DPBS로 RO를 한 번 세척합니다. RO가 가라앉도록 하고 DPBS를 조심스럽게 제거합니다. 1.5mL 튜브당 4% 파라포름알데히드( 재료 표 참조) 1mL를 추가하고 4°C에서 고정합니다. 알림: 6일차와 18일차의 RO, 2시간 수정. 12일째에 30시간, 14일째에 60시간 동안 수정합니다.</li>
		<li>고정 후 그라디언트 알코올을 사용하여 탈수하십시오. RO를 15%, 50% 및 60% 알코올에 각각 70분 동안 그대로 둔 다음 10, 80%, 90%, 95% 및 100% 알코올에 각각 100분 동안 그대로 둡니다. 그런 다음 100% 알코올과 자일렌을 1:1로 섞어 10분 동안 넣은 다음 자일렌을 각각 10분 동안 두 번 넣습니다.</li>
		<li>녹은 파라플라스트( 재료 표 참조)로 채워진 금속 주형에 RO를 40분 동안 놓은 다음 얼음 위에서 주형을 담금질하여 RO를 고정합니다. 임베딩 상자를 금형에 넣고 -20°C에서 밤새 얼립니다. 그런 다음 임베딩 상자를 조심스럽게 분리합니다. 마지막으로 RT에 보관하십시오.</li>
		<li>파라핀 슬라이서를 사용하여 연속 단면(5μm 두께)을 생성합니다. 접착 현미경 슬라이드에 슬라이스를 고정하고 건조시킨 후 RT에 보관합니다.</li>
		<li>항원 복구 전에 탈랍 및 재수화를 수행하십시오12,27.</li>
		<li>190mL의 ddH2O (이중 증류 H2O)에 20x pH 6.0 구연산염 항원 회수 용액 10mL(재료 표 참조)를 추가합니다. 끓을 때까지 4분 동안 고속으로 전자레인지에 가열합니다. 파라핀 절편을 추가한 후 절편을 로우 모드로 20분 동안 가열하여 항원 복구를 완료합니다.</li>
		<li>파라핀 부분을 통풍이 잘되는 곳에서 자연적으로 식힌 다음 습한 챔버에 넣으십시오.</li>
		<li>pap 펜( 재료 표 참조)을 사용하여 섹션의 윤곽을 그립니다. 0.2% Triton X-100으로 상온에서 30분 동안 배양하여 멤브레인을 파괴한 다음 슬라이드를 TPBS로 각각 5분 동안 세 번 세척합니다.</li>
		<li>염색 영역당 10μL의 습한 챔버에서 RT에서 1시간 동안 DPBS에 희석된 10% 당나귀 혈청으로 차단합니다.</li>
		<li>10% 당나귀 혈청에 희석된 1차 항체를 추가합니다. 습도 챔버에서 4 °C에서 밤새 배양합니다. TPBS로 샘플을 각각 10분 동안 3회 세척하여 결합되지 않은 항체를 제거합니다. 참고: 1차 항체는 다음과 같다: anti-PAX6 (1:250), anti-SOX2 (1: 200), anti-KI67 (1: 200), anti-CHX10 (1: 200), anti-β tubulin III (1: 250) 및 anti-NESTIN (1: 200) ( 자료표 참조).</li>
		<li>DPBS에 희석된 2차 항체와 함께 가습 챔버에서 RT에서 1시간 동안 배양합니다. TPBS로 각각 10분씩 세 번 세탁 단계를 반복합니다. 참고: 형광 2차 항체의 소멸을 방지하기 위해 어두운 곳에 보관하십시오. 2차 항체는 당나귀 항-마우스 IgG와 결합된 Alexa Fluor 488 및 1:400의 희석액으로 당나귀 항-토끼 IgG와 접합된 Alexa Fluor 568입니다( 재료 표 참조).</li>
		<li>DAPI(1:500, 재료 표 참조)를 함유한 DPBS로 어두운 곳에서 RT에서 10분 동안 배양합니다. TPBS로 각각 10분씩 3회 세척합니다.</li>
		<li>적당량의 형광 방지 실러( 재료 표 참조)를 슬라이드에 떨어뜨리고 커버 슬립으로 덮습니다.</li>
		<li>흐름과 유사한 조직 세포 정량 분석기( 재료 표 참조) 또는 이와 유사한 것을 사용하여 시각화합니다.</li>
		<li>현미경 분석 후 슬라이드를 -20 °C의 어두운 곳에 보관하십시오.</li>
	</ol></li>
</ol>

인간 배아 줄기 세포에서 향상된 3D 신경 망막 분화

<ol>
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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>

모든 저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.

인간 RO는 태아 망막의 발달을 공간적, 시간적으로 재현할 수 있으며, 초기 RO는 동등한 발달 단계에서 태아 망막과 높은 수준의 유사성을 나타낸다15. 조직 형태 및 분자 발현 측면에서 인간 RO는 망막 조직의 실제 성장 상태를 밀접하게 반영하여 질병 모델링, 약물 스크리닝 및 재생 의학 분야에서 전례 없는 엄청난 기회를 제공합니다. 현재, in vitro에서 인간 PSC로부터 RO를 ?...

눈은 인간의 감각 기관 중 주요 정보 공급원 역할을 하며, 망막은 포유류 눈의 주요 시각 감각 조직이다1. 망막병증은 전 세계적으로 안과 질환의 주요 원인 중 하나로, 실명을 유발한다2. 전 세계적으로 약 285만 명의 사람들이 망막병증으로 인한 다양한 정도의 시력 장애를 겪고 있습니다3. 따라서 발병 기전을 조사하는 것은 조기 진단과 시기 적절한 치료에 매우 중요합니다. 인간 망막증에 대한 대부분의 연구는 주로 동물 모델에 초점을 맞추고 있다 4,5,6. 그러나 인간의 망막은 다양한 세포 유형으로 구성된 복잡하고 다층 조직입니다. 기존의 2차원(2D) 세포 배양 및 동물 모델 시스템은 일반적으로 인간 망막의 정상적인 시공간 발달 및 약물 대사를 충실하게 재현하지 못합니다 7,8.
최근에는 3D 배양 기술이 발전하여 만능 줄기 세포(PSC)에서 조직과 유사한 장기를 생성하게 되었습니다.9,10. 3D 현탁 배양 시스템에서 인간 PSC로부터 생성된 망막 오가노이드(RO)는 7가지 망막 세포 유형을 포함할 뿐만 아니라 생체 내 인간 망막과 유사한 뚜렷한 층화 구조를 나타냅니다 11,12,13. 인간 PSC 유래 RO는 대중화되고 널리 보급되었으며 현재 인간 망막의 발달 및 질병을 연구하기 위한 최고의 시험관 모델입니다14,15. 지난 수십 년 동안 수많은 연구자들이 배아 줄기 세포(ESC) 및 유도 만능 줄기 세포(iPSC)를 포함한 인간 PSC가 다양한 유도 프로토콜을 사용하여 RO로 분화할 수 있음을 입증했습니다. 이러한 발전은 질병 모델링, 약물 스크리닝 및 줄기 세포 기반 치료를 위한 망막병증에서 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다 16,17,18.
그러나 인간 만능 줄기세포(PSC)에서 신경 망막(NR)을 생성하는 것은 복잡하고 번거로우며 시간이 많이 걸리는 과정입니다. 또한, 조직 오가노이드의 배치 간 변이는 결과의 재현성을 낮출 수 있습니다19,20. 수많은 내인적 및 외인적 인자가 망막 오가노이드(RO)의 수율에 영향을 미칠 수 있으며, 이를테면 시작 세포의 수 또는 종, 전사 인자 및 소분자 화합물의 사용 21,22,23. 최초의 인간 RO가 사사이 실험실(11)에 의해 생성된 이래로, 유도 과정(13,21,24,25)의 용이성과 효과를 향상시키기 위해 수년에 걸쳐 여러 가지 변형이 제안되었다. 안타깝게도 현재까지 모든 실험실에서 RO를 생성하기 위한 표준 프로토콜은 확립되지 않았습니다. 실제로, RO에는 상이한 유도 방법으로 인한 어느 정도의 불일치가 있을 뿐만 아니라 망막 마커의 발현 및 구조의 견고성에 큰 차이가 있습니다22,26. 이러한 문제는 표본 채취와 연구 결과의 해석을 심각하게 복잡하게 만들 수 있습니다. 따라서 RO 생성의 이질성을 최소화하면서 효율성을 극대화하기 위해 보다 통합되고 강력한 차별화 프로토콜이 필요합니다.
이 연구는 Kuwahara et al.12 및 Döpper et al.27 의 조합을 기반으로 하는 최적화된 유도 프로토콜을 자세한 지침과 함께 설명합니다. 새로운 방법은 오가노이드 소포화 및 융합 가능성을 크게 줄여 NR 생성 성공률을 높입니다. 이 개발은 질병 모델링, 약물 스크리닝 및 망막 장애에 대한 세포 치료 응용 분야에 큰 가능성을 가지고 있습니다.

<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

망막병증은 전 세계적으로 실명의 주요 원인 중 하나입니다. 망막병증의 발병기전을 조사하는 것은 망막병증의 조기 진단과 적시 치료에 필수적입니다. 불행히도 윤리적 장벽은 인간으로부터 증거를 수집하는 것을 방해합니다. 최근 수많은 연구에서 인간 만능 줄기세포(PSC)가 다양한 유도 프로토콜을 사용하여 망막 오가노이드(RO)로 분화될 수 있음을 보여주었으며, 이는 질병 모델링, 약물 스크리닝 및 줄기 세포 기반 치료를 위한 망막병증에서 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다. 이 연구는 소포 형성 및 융합 가능성을 크게 줄여 60일까지 생산 성공률을 높이는 신경 망막(NR)을 생성하기 위한 최적화된 유도 프로토콜을 설명합니다. 특정 보완 요인과 결합된 해리 후 PSC의 자체 재구성 능력을 기반으로 하는 이 새로운 방법은 NR 분화를 구체적으로 유도할 수 있습니다. 또한, 이 접근법은 복잡하지 않고, 비용 효율적이며, 주목할 만한 반복성과 효율성을 보여주고, 망막 질환의 개인화된 모델에 대한 고무적인 전망을 제시하며, 세포 치료, 약물 스크리닝 및 유전자 치료 테스트와 같은 응용 분야를 위한 풍부한 세포 저장소를 제공합니다.

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.

저자 스포트라이트: 질병 모델링을 위한 간단하고 효율적인 신경 망막 오가노이드 생산

인간 만능 줄기세포에서 신경 망막 생성

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.

수정된 프로토콜의 그래픽 개요는 그림 1에 나와 있습니다. H9-ESC는 세포가 70%-80%의 밀도로 성장했을 때 RO를 생성하는 데 사용되었습니다. 96개의 V-바닥 원뿔형 웰에서 H9-ESC의 단일 세포 현탁액은 1일차에 집계되고 6일째에 잘 둘러싸인 원형 EB를 형성했습니다. 배양 시간이 증가함에 따라 EB의 부피가 점차 증가했습니다. 30일째에, 신경상피와 같은 구조가 장기간의 NR 분화 동?...

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

본 프로토콜은 높은 반복성과 효율성으로 망막 오가노이드의 접착 및 융합을 감소시키는 최적화된 3D 신경 망막 유도 시스템을 설명합니다.

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

우리 그룹은 인간 망막 질환의 발병 기전과 치료를 이해하는 데 중점을 둡니다. 우리의 프로토콜은 60일까지 망막 생성의 성공률을 높이기 위해 혈관 형성 및 융합 가능성을 크게 줄이는 신경 망막을 생성하는 최적화된 유도 기술을 설명합니다. 수정된 방법은 신경 망막을 생성하는 데 더 간단하고 효율적이며, 이는 약물 스크리닝 및 세포 치료를 위한 더 나은 질병 모델임을 입증할 수 있습니다.앞으로 우리는 망막 오가노이드 모델을 사용하여 물리화학적 요인이 망막 발달 및 기전에 미치는 영향을 연구하는 것을 목표로 합니다.

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Research

JoVE Journal

Developmental Biology

Generating Neural Retina from Human Pluripotent Stem Cells

816 조회수.  Medical School of Chinese PLA. 우리 그룹은 인간 망막 질환의 발병 기전과 치료를 이해하는 데 중점을 둡니다. 우리의 프로토콜은 60일까지 망막 생성의 성공률을 높이기 위해 혈관 형성 및 융합 가능성을 크게 줄이는 신경 망막을 생성하는 최적화된 유도 기술을 설명합니다. 수정된 방법은 신경 망막을 생성하는 데 더 간단하고 효율적이며, 이는 약물 스크리닝 및 세포 치료를 위한 더 나은 질병 모델임을 ...

비디오: 저자 스포트라이트: 질병 모델링을 위한 간단하고 효율적인 신경 망막 오가노이드 생산

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.

연구

발생학

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.

인간 신경 망막 생성을 위한 H9 배아 줄기 세포 배양 

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.