Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
* Эти авторы внесли равный вклад
Этот протокол описывает эффективный метод дифференциации ИПСК в кластеры глазных полей и получения нейроретинальных органоидов с использованием упрощенных условий культивирования с участием как адгезивных, так и суспензионных систем культивирования. Другие типы глазных клеток, такие как RPE и эпителий роговицы, также могут быть выделены из зрелых глазных полей в культурах сетчатки.
Плюрипотентные стволовые клетки могут генерировать сложные тканевые органоиды, которые полезны для исследований моделирования заболеваний in vitro и для разработки регенеративной терапии. Этот протокол описывает более простой, надежный и ступенчатый метод генерации органоидов сетчатки в гибридной системе культивирования, состоящей из адгезивных монослойных культур в течение первых 4 недель дифференцировки сетчатки до появления отчетливых, самоорганизующихся первичных кластеров глазного поля (EFP). Кроме того, круглые и полупрозрачные нейроретинальные островки в форме пончика внутри каждого EFP вручную собирают и культивируют под суспензией с использованием неадгезивных культуральных чашек в среде дифференцировки сетчатки в течение 1-2 недель для получения многослойных 3D-оптических чашек (OC-1M). Эти незрелые органоиды сетчатки содержат пролиферирующие PAX6+ и ChX10+ мультипотентные предшественники сетчатки. Клетки-предшественники линейно самоорганизуются внутри органоидов и выглядят как отдельные радиальные бороздки. Через 4 недели после культивирования суспензии предшественники сетчатки подвергаются постмитотической остановке и дифференцировке линий с образованием зрелых органоидов сетчатки (OC-2M). Предшественники, зафиксированные фоторецепторами, развиваются в самых внешних слоях органоидов сетчатки. Эти фоторецепторные клетки CRX+ и RCVRN+ морфологически созревают, чтобы демонстрировать внутренние сегментоподобные расширения. Этот метод может быть использован для получения органоидов сетчатки с использованием эмбриональных стволовых клеток человека (hESCs) и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSCs). Все шаги и процедуры четко объясняются и демонстрируются для обеспечения воспроизводимости и более широкого применения в фундаментальной науке и трансляционных исследованиях.
Сетчатка представляет собой светочувствительную ткань, присутствующую в задней части глаза позвоночных, которая преобразует световые сигналы в нервные импульсы с помощью биохимического явления, известного как путь фототрансдукции. Начальные нервные импульсы, генерируемые в фоторецепторных клетках сетчатки, передаются другим интернейронам сетчатки и ганглиозным клеткам сетчатки (RGC) и достигают зрительной коры головного мозга, что помогает в восприятии изображения и визуальной реакции.
По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), примерно 1,5 миллиона детей слепы, из которых 1 миллион находится в Азии. Наследственная дистрофия сетчатки (ВМД) является основным заболеванием, приводящим к слепоте, которое поражает 1 из 4 000 человек во всем мире 1,2,3, в то время как распространенность слепоты, связанной с возрастной макулярной дегенерацией (ВМД), колеблется от 0,6% до 1,1% в развивающихся странах 4. IRD вызваны наследственными генетическими дефектами в более чем 300 различных генах, участвующих в развитии и функционировании сетчатки5. Такие генетические изменения приводят к нарушению нормальных функций сетчатки и постепенной дегенерации клеток сетчатки, а именно фоторецепторных клеток и пигментного эпителия сетчатки (RPE), что приводит к тяжелой потере зрения и слепоте. Огромный прогресс был достигнут в других условиях ослепления, связанных с роговицей, хрусталиком и т. Д. Однако дистрофии сетчатки и атрофии зрительного нерва на сегодняшний день не имеют доказанной терапии. Поскольку сетчатка взрослого человека не имеет стволовых клеток6, альтернативные источники, такие как эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), полученные от пациента, могут обеспечить неограниченный запас желаемых типов клеток и иметь большие перспективы для разработки сложных тканевых органоидов, необходимых для исследований моделирования заболеваний in vitro и для разработки регенеративной терапии7, 8,9,10.
Несколько лет исследований сетчатки привели к лучшему пониманию молекулярных событий, которые организуют раннее развитие сетчатки. Большинство протоколов для получения клеток сетчатки и 3D-органоидов из PSC направлены на повторение этих событий развития in vitro путем культивирования клеток в сложном коктейле факторов роста и малых молекул для поэтапной модуляции известных биологических процессов. Образующиеся таким образом органоиды сетчатки состоят из основных клеток сетчатки: ганглиозных клеток сетчатки (RGCs), интернейронов, фоторецепторов и пигментного эпителия сетчатки (RPE)11,12,13,14,15,16,17,18,19. Несмотря на успешные попытки моделирования IRD с использованием органоидов сетчатки, потребность в сложном коктейле факторов роста и малых молекул во время дифференцировки и относительно низкая эффективность генерации органоидов сетчатки представляют собой серьезную проблему для большинства протоколов. Они в основном включают образование эмбриоидных тел с последующей их ступенчатой дифференцировкой в линии сетчатки с использованием сложных условий культивирования на разных стадиях развития in vitro 20,21,22.
Здесь сообщается об упрощенном и надежном методе разработки сложных 3D-нейроретинальных органоидов из здоровых контрольных и специфических для заболевания сетчатки ИПСК. Описанный здесь протокол использует прямую дифференциацию почти сливающихся культур hiPSC без необходимости формирования эмбриоидных тел. Кроме того, сложность питательной среды упрощается, что делает ее экономически эффективным и воспроизводимым методом, который может быть легко принят новыми исследователями. Он включает в себя гибридную культуральную систему, состоящую из адгезивных монослойных культур в течение первых 4 недель дифференцировки сетчатки до появления отчетливых, самоорганизующихся первичных кластеров глазного поля (EFP). Кроме того, круглые нейроретинальные островки внутри каждого EFP вручную собирают и выращивают в суспензионных культурах в течение 1-2 недель для получения многослойных 3D-чашек сетчатки или органоидов, состоящих из пролиферирующих предшественников нейроретинальности PAX6+ и CHX10+. Расширенное культивирование органоидов сетчатки в 100 мкМ тауринсодержащей среде в течение еще 4 недель привело к появлению предшественников фоторецепторов RCVRN+ и CRX+ и зрелых клеток с рудиментарными внутренними сегментоподобными расширениями.
Все эксперименты с использованием ИПСК проводились в асептическом режиме, в соответствии со стандартной лабораторной практикой, руководящими принципами по этике и биобезопасности, а также с одобрения регулирующих органов, таких как Институциональный комитет по этике (IEC), Институциональный комитет по исследованиям стволовых клеток (IC-SCR) и Институциональный комитет по биобезопасности (IBSC).
1. Приготовление среды для культивирования ИПСК и дифференцировки сетчатки и реагентов
2. Создание человеческих культур iPSC
3. Дифференциация ИПСК по глазным полям и происхождению сетчатки
ПРИМЕЧАНИЕ: Схематическое описание процесса дифференциации показано на рисунке 1.
4. Сбор органоидов сетчатки
5. Характеристика органоидов сетчатки
Дифференциация ИПСК в глазные линии достигается путем культивирования клеток в различных коктейлях питательной среды, содержащих добавки и факторы роста, последовательными шагами в разные моменты времени, как описано на рисунке 1. Культуры hiPSC поддерживаются в среде Ess...
ИПСК являются мощным инструментом для изучения развития органов и тканей in vitro. Повторение фенотипа заболевания путем дифференциации здоровых и специфических для заболевания ИПСК в сторону линии сетчатки может помочь получить новое представление о патофизиологии различных форм...
Все авторы не имеют конфликта интересов или раскрытия финансовой информации.
Авторы выражают признательность за научно-техническую поддержку со стороны д-ра Читры Каннабиран, генетика; Д-р Субхадра Джалали, консультант по сетчатке; Доктор Милинд Найк, окулопластический хирург; и д-р Свати Калики, офтальмолог-онколог из Глазного института LV Prasad, Хайдарабад, к созданию нормальных и специфических для пациента линий ИПСК. Авторы признают гранты на исследования и разработки от Совета по научным и инженерным исследованиям, Департамента науки и технологий (IM), (SB/SO/HS/177/2013), Департамента биотехнологии (IM), (BT/PR32404/MED/30/2136/2019) и старших научных стипендий от ICMR (S.M., D.P.), UGC (T.A.) и CSIR (V.K.P.), правительство Индии.
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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеСмотреть дополнительные статьи
This article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены