Name: toxicity screens in human retinal organoids for pharmaceutical discovery
Uploaded: 2021-03-04T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Toxicity Screens in Human Retinal Organoids for Pharmaceutical Discovery at JoVE.com

נתמך על ידי מכון המחקר הרפואי לואי. ברצוננו להודות למשפחת לואי על תמיכתה בפרויקט מקטל. ברצוננו להודות למרי גאנטנר, מייק דורל ולאה שפקה על תרומתם האינטלקטואלית ועזרתם בהכנת כתב היד.

1. הפשרה, העברה והרחבה של iPSCs/ESCs
הערה: עבור כל שלבי תרבית התא, השתמש בשיטות עבודה מומלצות כדי לשמור על תרבית תאים סטרילית.
<ol><li>מצפים צלחת תרבית תאים בת 6 בארות בתווך מטריצת קרום מרתף.<ol><li>כדי להכין 1x של מדיום זה, עקוב אחר מפרטי המוצר או דלל מדיום מטריצה קרה 75 μL עם 9 מ"ל של DMEM/F12. מו?...

<ol>
	<li>Waring, M. 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=An+analysis+of+the+attrition+of+drug+candidates+from+four+major+pharmaceutical+companies.">An analysis of the attrition of drug candidates from four major pharmaceutical companies.</a> Nature Review Drug Discovery. 14 (7), 475-486 (2015).</li><li>Khalil, A. S., Jaenisch, R., Mooney, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineered+tissues+and+strategies+to+overcome+challenges+in+drug+development.">Engineered tissues and strategies to overcome challenges in drug development.</a> Advances in Drug Delivery Reviews. 158, 116-139 (2020).</li><li>Demetrius, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Of+mice+and+men.+When+it+comes+to+studying+ageing+and+the+means+to+slow+it+down,+mice+are+not+just+small+humans.">Of mice and men. When it comes to studying ageing and the means to slow it down, mice are not just small humans.</a> EMBO Reports. , 39-44 (2005).</li><li>Lindsay, K. 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=Pyruvate+kinase+and+aspartate-glutamate+carrier+distributions+reveal+key+metabolic+links+between+neurons+and+glia+in+retina.">Pyruvate kinase and aspartate-glutamate carrier distributions reveal key metabolic links between neurons and glia in retina.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences U. S. A. 111 (43), 15579-15584 (2014).</li><li>Cowan, C. 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=Cell+types+of+the+human+retina+and+its+organoids+at+single-cell+resolution.">Cell types of the human retina and its organoids at single-cell resolution.</a> Cell. 182 (6), 1623-1640 (2020).</li><li>Kruczek, K., Swaroop, A. <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+organoids+for+disease+modeling+and+development+of+therapies.">Pluripotent stem cell-derived retinal organoids for disease modeling and development of therapies.</a> Stem Cells. 38 (10), 1206-1215 (2020).</li><li>Sinha, D., Phillips, J., Phillips, M. J., Gamm, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mimicking+retinal+development+and+disease+with+human+pluripotent+stem+cells.">Mimicking retinal development and disease with human pluripotent stem cells.</a> Investigative Ophthalmology and Visual Science. 57 (5), 1-9 (2016).</li><li>Gan, L., Cookson, M. R., Petrucelli, L., La Spada, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Converging+pathways+in+neurodegeneration,+from+genetics+to+mechanisms.">Converging pathways in neurodegeneration, from genetics to mechanisms.</a> Nature Neuroscience. 21 (10), 1300-1309 (2018).</li><li>Aung, K. Z., Wickremasinghe, S. S., Makeyeva, G., Robman, L., Guymer, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+prevalence+estimates+of+macular+telangiectasia+type+2:+the+Melbourne+collaborative+cohort+study.">The prevalence estimates of macular telangiectasia type 2: the Melbourne collaborative cohort study.</a> Retina. 30 (3), 473-478 (2010).</li><li>Chew, E. Y., 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=Effect+of+ciliary+neurotrophic+factor+on+retinal+neurodegeneration+in+patients+with+macular+telangiectasia+type+2:+A+randomized+clinical+trial.">Effect of ciliary neurotrophic factor on retinal neurodegeneration in patients with macular telangiectasia type 2: A randomized clinical trial.</a> Ophthalmology. 126 (4), 540-549 (2019).</li><li>Gass, J. D., Blodi, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Idiopathic+juxtafoveolar+retinal+telangiectasis.+Update+of+classification+and+follow-up+study.">Idiopathic juxtafoveolar retinal telangiectasis. Update of classification and follow-up study.</a> Ophthalmology. 100 (10), 1536-1546 (1993).</li><li>Klein, 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=The+prevalence+of+macular+telangiectasia+type+2+in+the+Beaver+Dam+eye+study.">The prevalence of macular telangiectasia type 2 in the Beaver Dam eye study.</a> American Journal of Ophthalmology. 150 (1), 55-62 (2010).</li><li>Powner, M. B., 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=Loss+of+Muller's+cells+and+photoreceptors+in+macular+telangiectasia+type+2.">Loss of Muller's cells and photoreceptors in macular telangiectasia type 2.</a> Ophthalmology. 120 (11), 2344-2352 (2013).</li><li>Gantner, M. 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=Serine+and+lipid+metabolism+in+macular+disease+and+peripheral+neuropathy.">Serine and lipid metabolism in macular disease and peripheral neuropathy.</a> New England Journal of Medicine. 381 (15), 1422-1433 (2019).</li><li>Scerri, T. 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=Genome-wide+analyses+identify+common+variants+associated+with+macular+telangiectasia+type+2.">Genome-wide analyses identify common variants associated with macular telangiectasia type 2.</a> Nature Genetics. 49 (4), 559-567 (2017).</li><li>Alecu, I., 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=Cytotoxic+1-deoxysphingolipids+are+metabolized+by+a+cytochrome+P450-dependent+pathway.">Cytotoxic 1-deoxysphingolipids are metabolized by a cytochrome P450-dependent pathway.</a> Journal of Lipid Research. 58 (1), 60-71 (2017).</li><li>Othman, 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=Fenofibrate+lowers+atypical+sphingolipids+in+plasma+of+dyslipidemic+patients:+A+novel+approach+for+treating+diabetic+neuropathy.">Fenofibrate lowers atypical sphingolipids in plasma of dyslipidemic patients: A novel approach for treating diabetic neuropathy.</a> Journal of Clinical Lipidology. 9 (4), 568-575 (2015).</li><li>Ohlemacher, S. K., Iglesias, C. L., Sridhar, A., Gamm, D. M., Meyer, J. S. <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+highly+enriched+populations+of+optic+vesicle-like+retinal+cells+from+human+pluripotent+stem+cells.">Generation of highly enriched populations of optic vesicle-like retinal cells from human pluripotent stem cells.</a> Curr Protoc Stem Cell Biol. 32, 1-20 (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> Nature Communication. 5, 4047 (2014).</li><li>Eiraku, M., 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-organizing+optic-cup+morphogenesis+in+three-dimensional+culture.">Self-organizing optic-cup morphogenesis in three-dimensional culture.</a> Nature. 472 (7341), 51-56 (2011).</li><li>Wahlin, K. 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=Photoreceptor+outer+segment-like+structures+in+long-term+3D+retinas+from+human+pluripotent+stem+cells.">Photoreceptor outer segment-like structures in long-term 3D retinas from human pluripotent stem cells.</a> Science Reports. 7 (1), 766 (2017).</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), (2019).</li><li>Luo, Z., 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=An+optimized+system+for+effective+derivation+of+three-dimensional+retinal+tissue+via+Wnt+signaling+regulation.">An optimized system for effective derivation of three-dimensional retinal tissue via Wnt signaling regulation.</a> Stem Cells. 36 (11), 1709-1722 (2018).</li><li>Ovando-Roche, 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=Use+of+bioreactors+for+culturing+human+retinal+organoids+improves+photoreceptor+yields.">Use of bioreactors for culturing human retinal organoids improves photoreceptor yields.</a> Stem Cell Research Therapy. 9 (1), 156 (2018).</li></ol>

וריאציות של פרוטוקול בידול מאז המצאת הכוסות האופטיות היוצרות את עצמן על ידי קבוצת20 של יושיקי סאסאי, מעבדות רבות פיתחו פרוטוקולים ליצירת אורגנואידים ברשתית שיכולים להשתנות כמעט בכל שלב 5,18,19,21. ר?...

מידול מחלות אנושיות בתרביות תאים ובמודלים של בעלי חיים סיפק כלים שלא יסולא בפז לגילוי, שינוי ותיקוף של טיפולים פרמקולוגיים, ואפשר להם להתקדם מתרופה מועמדת לטיפול מאושר. למרות ששילוב של מודלים במבחנה ומודלים לא אנושיים in vivo הוא כבר זמן רב מרכיב קריטי בצנרת פיתוח התרופות, הם לעתים קרובות נכשלים בחיזוי הביצועים הקליניים של תרופות מועמדות חדשות1. יש צורך ברור בפיתוח טכנולוגיות שיגשרו על הפער בין מונוקולטורה תאית אנושית פשטנית לבין ניסויים קליניים. ההתקדמות הטכנולוגית האחרונה בתרביות רקמה תלת-ממדיות המאורגנות באופן עצמי, אורגנואידים, שיפרה את נאמנותן לרקמות שהן מדגימות והפכה אותן לכלים מבטיחים בצנרת פיתוח התרופות הפרה-קליניות2.
יתרון מרכזי של תרבית תאים אנושית על פני מודלים שאינם אנושיים in vivo הוא היכולת לשכפל את המורכבויות הספציפיות של חילוף החומרים האנושי, אשר יכול להשתנות במידה ניכרת אפילו בין חולייתנים מסדר גבוה יותר, כגון בני אדם ועכברים3. עם זאת, ספציפיות זו יכולה להיות מאפילה על ידי אובדן מורכבות רקמות; כזה הוא המקרה של רקמת רשתית שבה סוגי תאים מרובים שזורים זה בזה באופן מורכב ויש להם יחסי גומלין מטבוליים סימביוטיים ייחודיים בין תת-סוגים תאיים שלא ניתן לשכפל במונוקולטורה4. לאורגנואידים אנושיים, המספקים פקסימיליה של רקמות אנושיות מורכבות עם נגישות ומדרגיות של תרביות תאים, יש פוטנציאל להתגבר על הליקויים של פלטפורמות מידול מחלות אלה.
אורגנואידים ברשתית שמקורם בתאי גזע הוכיחו את עצמם כנאמנים במיוחד במידול הרקמה המורכבת של הרשתית העצבית האנושית5. זה הפך את מודל אורגנואיד הרשתית לטכנולוגיה מבטיחה לחקר וטיפול במחלות רשתית 6,7. עד כה, רוב מידול המחלה באורגנואידים ברשתית התמקד במחלות רשתית מונוגניות, שבהן אורגנואידים ברשתית נגזרים מקווי iPSC עם וריאנטים גנטיים גורמי מחלה7. בדרך כלל מדובר במוטציות חודרניות מאוד המתבטאות בפנוטיפים התפתחותיים. פחות עבודה נעשתה ביעילות על מחלות הזדקנות שבהן מוטציות גנטיות וגורמי עקה סביבתיים משפיעים על רקמות שהתפתחו באופן תקין. מחלות נוירודגנרטיביות של הזדקנות יכולות להיות בעלות תורשה גנטית מורכבת ותרומות מגורמי עקה סביבתיים שמטבעם קשה למדל באמצעות תרביות תאים לטווח קצר. עם זאת, במקרים רבים מחלות מורכבות אלה יכולות להתגבש על גורמי עקה תאיים או מטבוליים נפוצים, אשר, כאשר נבדקים על רקמה אנושית מפותחת, יכולים לספק תובנות רבות עוצמה על מחלות נוירודגנרטיביות של הזדקנות8.
המחלה הניוונית המקולרית המאוחרת, טלנגיאקטזיה מקולרית מסוג II (MacTel), היא דוגמה מצוינת למחלה נוירודגנרטיבית מורכבת גנטית המתלכדת על פגם מטבולי נפוץ. מקטל היא מחלה ניוונית נדירה ברשתית של הזדקנות הגורמת לאובדן קולטני אור וגליה Müller במקולה, מה שמוביל לאובדן פרוגרסיבי בראייה המרכזית 9,10,11,12,13. ב- MacTel, תורשה גנטית לא מוגדרת, אולי רב-גורמית, מניעה ירידה נפוצה בסרין במחזור הדם בחולים, וכתוצאה מכך עלייה במין שומנים נוירוטוקסיים הנקראים deoxysphingolipids (deoxySL)14,15. כדי להוכיח שהצטברות של deoxySL רעילה לרשתית ולאמת טיפולים תרופתיים פוטנציאליים, פיתחנו פרוטוקול זה כדי להעריך רעילות של קולטני אור באורגנואידים ברשתית אנושית14.
כאן אנו מתארים פרוטוקול ספציפי להבחנה בין אורגנואידים ברשתית אנושית, ביסוס בדיקת רעילות והצלה באמצעות אורגנואידים, וכימות תוצאות. אנו מספקים דוגמה מוצלחת שבה אנו קובעים את הרעילות הספציפית לרקמות של גורם חשוד כגורם מחלה, deoxySL, ומאמתים את השימוש בתרופה גנרית בטוחה, פנופיברט, לטיפול פוטנציאלי ברעילות רשתית הנגרמת על ידי deoxySL. עבודות קודמות הראו כי פנופיברט יכול להגביר את השפלה של deoxySL ולהוריד את deoxySL במחזור הדם בחולים, עם זאת, יעילותו בהפחתת רעילות הרשתית הנגרמת על ידי deoxySL לא נבדקה16,17. למרות שאנו מציגים דוגמה ספציפית, פרוטוקול זה יכול לשמש להערכת ההשפעה של כל מספר של גורמי עקה מטבוליים/סביבתיים ותרופות טיפוליות פוטנציאליות על רקמת הרשתית.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.5M EDTA</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>15575020</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>125mL Erlenmeyer Flasks</td>
			<td>VWR</td>
			<td>89095-258</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1-deoxysphinganine</td>
			<td>Avanti</td>
			<td>860493</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B27 Supplement, minus vitamin A</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>12587010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Beaver 6900 Mini-Blade</td>
			<td>Beaver-Visitec</td>
			<td>BEAVER6900</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-(+)-Sucrose</td>
			<td>VWR</td>
			<td>97061-432</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DAPI</td>
			<td>Thermo-fisher</td>
			<td>D1306</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dispase II, powder</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>17105041</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM, high glucose, pyruvate</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>11995073</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM/F12</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>11330</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Donkey anti-rabbit Ig-G, Alexa Fluor plus 555</td>
			<td>Thermo-fisher</td>
			<td>A32794</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>donkey serum</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>D9663-10ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FBS, Heat Inactivated</td>
			<td>Corning</td>
			<td>45001-108</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fenofibrate</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>F6020</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glutamax</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>35050061</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heparin</td>
			<td>Stemcell Technologies</td>
			<td>7980</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>In Situ Cell Death Detection Kit, Fluorescin</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>11684795910</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matrigel, growth factor reduced</td>
			<td>Corning</td>
			<td>356230</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MEM Non-Essential Amino Acids Solution</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>11140050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>mTeSR 1</td>
			<td>Stemcell Technologies</td>
			<td>85850</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N2 Supplement</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>17502048</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin-Streptomycin</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>15140122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pierce 16% Formaldehyde</td>
			<td>Thermo-fisher</td>
			<td>28906</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rabbit anti-Recoverin antibody</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>AB5585</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Citrate</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>W302600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Steriflip Sterile Disposable Vacuum Filter Units</td>
			<td>MilliporeSigma</td>
			<td>SE1M179M6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Taurine</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>T0625</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue Plus- O.C.T. compound</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>23-730-571</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue-Tek Cryomold</td>
			<td>EMS</td>
			<td>62534-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>X100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tween-20</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P1379</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultra-Low Attachment 6 well Plates</td>
			<td>Corning</td>
			<td>29443-030</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultra-Low Attachment 75cm2 U-Flask</td>
			<td>Corning</td>
			<td>3814</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum Filtration System</td>
			<td>VWR</td>
			<td>10040-436</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vectashield-mounting medium</td>
			<td>vector Labs</td>
			<td>H-1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>wax pen-ImmEdge</td>
			<td>vector Labs</td>
			<td>H-4000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Y-27632 Dihydrochloride (Rock inhibitor)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>Y0503</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

toxicity screens in human retinal organoids for pharmaceutical discovery

אורגנואידים מספקים פלטפורמה מבטיחה לחקר מנגנונים וטיפולים במחלות, ישירות בהקשר של רקמה אנושית עם הרבגוניות והתפוקה של תרבית תאים. אורגנואידים רשתית אנושיים בוגרים משמשים לסינון טיפולים תרופתיים פוטנציאליים למחלת רשתית ניוונית הקשורה לגיל טלנגיאקטזיה מקולרית מסוג 2 (MacTel).
לאחרונה הראינו כי MacTel יכול להיגרם על ידי רמות גבוהות של מין שומנים לא טיפוסי, deoxysphingolipids (deoxySLs). שומנים אלה רעילים לרשתית ועלולים לגרום לאובדן קולטני האור המתרחש בחולי מקטל. כדי לסנן תרופות על יכולתן למנוע רעילות של קולטני אור deoxySL, יצרנו אורגנואידים של רשתית אנושית מקו תאי גזע פלוריפוטנטיים שאינם מושרים על ידי מקטל (iPSC) והבשלנו אותם לגיל פוסט-מיטוטי שבו הם מפתחים את כל התאים שמקורם בשושלת העצבית של הרשתית, כולל פוטורצפטורים בוגרים מבחינה תפקודית. אורגנואידי הרשתית טופלו במטבוליט deoxySL ואפופטוזיס נמדד בתוך שכבת הפוטורצפטור באמצעות אימונוהיסטוכימיה. באמצעות מודל רעילות זה, נבדקו תרכובות פרמקולוגיות המונעות מוות של קולטני אור הנגרמים על ידי deoxySL. באמצעות גישה מועמדת ממוקדת, קבענו כי פנופיברט, תרופה הנרשמת בדרך כלל לטיפול בכולסטרול גבוה וטריגליצרידים, יכולה גם למנוע רעילות deoxySL בתאי הרשתית.
מסך הרעילות זיהה בהצלחה תרופה שאושרה על ידי ה-FDA ויכולה למנוע מוות של קולטני אור. זהו ממצא מעשי ישירות בשל המודל הרלוונטי מאוד למחלה שנבדק. ניתן לשנות פלטפורמה זו בקלות כדי לבדוק כל מספר של גורמי לחץ מטבוליים והתערבויות פרמקולוגיות פוטנציאליות לגילוי טיפול עתידי במחלות רשתית.

אורגנואידים ברשתית נוצרו מקו iPSC שאינו בקרת MacTel. לאחר שהאורגנואידים הגיעו ל-26 שבועות בתרבית, הם נבחרו וחולקו לקבוצות ניסוי. אורגנואידים טופלו בריכוזים משתנים של deoxySA כדי לקבוע אם deoxySA רעיל לקולטני אור. נבדקו ארבעה ריכוזים של deoxySA, מ-0 עד 1 מיקרומטר (איור 2), ואורגנואידים טופלו ב?...

Watch this Scientific Journal Video about Toxicity Screens in Human Retinal Organoids for Pharmaceutical Discovery at JoVE.com

Toxicity Screens in Human Retinal Organoids for Pharmaceutical Discovery

כאן אנו מציגים פרוטוקול שלב אחר שלב ליצירת אורגנואידים רשתית אנושיים בוגרים ומשתמשים בהם בבדיקת רעילות קולטני אור כדי לזהות מועמדים תרופתיים למחלת רשתית ניוונית הקשורה לגיל טלנגיאקטזיה מקולרית מסוג 2 (MacTel).

מסכי רעילות באורגנואידים ברשתית אנושית לגילוי תרופות

Organoids provide a promising platform to study disease mechanism and treatments, directly in the context of human tissue with the versatility and ...

פרוטוקול זה מספק גישה פרה-קלינית לגילוי ותיקוף טיפולים תרופתיים למחלות רשתית מטבוליות ישירות בתוך רקמת הרשתית האנושית. טכניקה זו משלבת את מורכבות חילוף החומרים ברקמות אנושיות עם הרבגוניות והתפוקה של תרבית תאים. השתמשנו בבדיקה זו כדי להשיג נתונים פרה-קליניים לטיפול במחלה הניוונית של הרשתית, MacTel, באמצעות תרופה נפוצה ובטוחה לשינוי שומנים, פנופיברט, שנמצאת כעת בניסויי בטיחות קליניים.גישה זו יכולה להיות מיושמת על מספר רב של גורמי לחץ נפוצים ברשתית שמובילים למחלות, כולל מחסור בחומרים מזינים, היפוקסיה, רעילות אור ושומנים רעילים אחרים. בשבוע 24 של התרבית, לבדוק את האורגנואידים להיווצרות של מקטעים בסיסיים בצד החיצוני של האורגנואיד. בשבוע 26 עד 28, המקטעים החיצוניים היו אמורים ליצור שכבה עבה.כאשר ניתן להבחין במקטע ספק מעובה, יש לדלל תמיסת מלאי deoxySA של מילימולרית אחת ל-0.51. ריכוז מיקרומולרי אחד ושניים בשלושה מיליליטר של מדיום התמיינות רשתית פלוס. באמצעות מיקרוסקופ דיסקציה וגשושית סטרילית, בחרו ארבע קבוצות אורגנואידים בערך באותו גודל וצורה עם מינימום של חמישה אורגנואידים לכל קבוצה, וחלקו את הקבוצות לבארות נפרדות של צלחת חיבור נמוכה במיוחד בעלת 6 בארות.לאחר איסוף כל האורגנואידים, הסירו כמה שיותר מדיום מכל באר והוסיפו ריכוז אחד של תמיסת deoxySA לכל באר. הוסף את בקרת הרכב לקבוצה הרביעית של אורגנואידים. לאחר יומיים של תרבית, החליפו את הסופרנאטנטים של התרבית ב-deoxySA טרי מתאים או בדילול בקרה.לאחר ארבעה ימים של תרבית, הטמיעו את החלק הקפוא והכתימו את האורגנואידים על פי פרוטוקולים סטנדרטיים כדי לאפשר הערכה של מוות התא בכל תרבית. לאחר הצביעה, השתמשו בהגדלה של פי חמישה עד פי 10 כדי לאתר אזור של חתך האורגנואיד החתוך שהוא שלם, מעוצב היטב, ובמישור הדוגם חתך מייצג של האורגנואיד. החלק צריך להיות בעל שכבה גרעינית חיצונית נפרדת של פוטורצפטורים בעובי של לפחות כמה תאים, ושכבה נפרדת ומובחנת של גרעינים שאין להם התאוששות וצביעה.מסגר את התמונה והגדל את ההגדלה ל- 20x. לאחר מכן, מסגר שוב את השקופית כדי למלא את התמונה בכמה שיותר משכבת קולטני האור. קבעו את מישור Z וקבעו את הגבולות התחתונים בקצה העליון של טווח Z כדי לצלם את כל עומק הפרוסה.לאחר מכן צבעו את כל שלושת ערוצי הפלואורופור ברכישת מחסנית Z, ושמרו את התמונה בתבנית קובץ השומרת על יחס השטח לפיקסל. כדי לכמת את מספר התאים המתים בכל דגימה, פתחו את ערימות התמונות בפיג'י. בחלון אפשרויות הייבוא של הפורמט הביולוגי, ודא שלא מסומנות תיבות תחת המקטע פיצול לחלונות נפרדים ובחר תמונה, ערימות ופרויקט Z כדי ליצור תמונה חדשה לכימות.בחרו בערוץ התמונה שמציג את השחזור והצביעה, והשתמשו בכלי בחירת מצולע כדי לשרטט אזור רציף של פוטורצפטורים בתמונה. לחצו על 'נתח וקבע מדידות' ובחרו בתיבה 'אזור'. לחץ על נתח ומדוד, כדי למדוד את שטח הפוטורצפטורים כדי לספור את התאים הגוססים.המדידה תופיע בחלון מוקפץ. כדי לספור את גרעיני האפופטוזיס החיוביים באזור הפוטורצפטור שנבחר, לחצו לחיצה ימנית על הכלי נקודה לבחירת הכלי הרב-נקודתי ובחרו את הצביעה החיובית של אפופטוזיס החופפת לגרעינים חיוביים של DAPI ולשחזור וצביעה. עבור בין הערוצים כדי לאמת את התאים החיוביים.לאחר מכן מחלקים את מספר התאים החיוביים לאפופטוזיס לפי האזור כדי לקבל ערך מנורמל למוות התא בתוך הפוטורצפטורים לכל אורגנואיד. לאחר קביעת ריכוז deoxySA שגורם למוות של תאי המטרה, השתמש בבדיקה סטרילית כדי לבחור שלוש קבוצות של אורגנואידים בערך באותו גודל וצורה עם מינימום של חמישה אורגנואידים לכל קבוצה. ולהוסיף את הקבוצות לבארות בודדות של צלחת 6 בארות חיבור נמוכה במיוחד.הוסף את ריכוז מוות תאי המטרה של deoxySA, ריכוז מוות תאי המטרה של deoxySA בתוספת התרופה המעניינת או מדיום הבקרה לבאר או אורגנואידים המתאימים. לאחר יומיים, יש להחליף את הסופרנאטנט בכל באר בריכוז המתאים של מדיום טיפול טרי או אמצעי בקרה. לאחר ארבעה ימים של תרבית, להעריך את התרביות עבור מוות תאים כפי שהודגם.בניתוח מייצג זה, אורגנואידים ברשתית שנוצרו מקו תאי גזע פלוריפוטנטיים מסוג 2 שאינם מקולריים טופלו בארבעה ריכוזים של deoxySA. מוות תאי בתגובה ל-deoxySA היה תלוי ריכוז וניתן היה להבחין בו ב-50 ננו-מולאריים בלבד. הריכוז הגבוה ביותר שנבדק גרם למוות תאי חזק תוך שמירה על שלמות האורגנואיד ברשתית.טיפול בפנופיברט 20 מיקרומולרי מנע רעילות הנגרמת על ידי deoxySA בקולטני הצילום של אורגנואידים ברשתית, והפחית משמעותית את מוות התאים בכ-80% לאחר ארבעה ימי טיפול. זכור לבחור אורגנואידים מעוצבים ובריאים כדי להבטיח שהבדיקה מבוצעת בתאי רשתית. ניתן לעבד את האורגנואידים לאיסוף RNA כדי לכמת ביטוי גנים, מה שמאפשר הערכה של אותות לחץ ותיקוף של השפעות רעילות והצלות.באמצעות טכניקה זו, הצלחנו להעריך את חילוף החומרים במורד הזרם של מספר שומנים שונים באורגנואידים, ולפתוח את המחקר של מטבוליזם שומנים ברשתית האנושית.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Fluorescent Nanoparticles for the Measurement of Ion Concentration in Biological Systems

חלקיקים ניאון למדידה של ריכוז יון במערכות ביולוגיות

Tightly regulated ion homeostasis throughout the body is necessary for the prevention of such debilitating states as dehydration.1 In contrast, rapid ion ...

GENPLAT: an Automated Platform for Biomass Enzyme Discovery and Cocktail Optimization

GENPLAT: פלטפורמת Automated Discovery עבור ביומסה אנזימים ואופטימיזציה קוקטייל

The high cost of enzymes for biomass deconstruction is a major impediment to the economic conversion of lignocellulosic feedstocks to liquid ...

Therapeutic Gene Delivery and Transfection in Human Pancreatic Cancer Cells using Epidermal Growth Factor Receptor-targeted Gelatin Nanoparticles

משלוח ין transfection ב אדם בתאי סרטן הלבלב באמצעות גורם גדילה עוריות קולטן במיקוד לטין מבוסס Nanovectors מתוכנן

More than 32,000 patients are diagnosed with pancreatic cancer in the United States per year and the disease is associated with very high mortality 1. ...

Polymer Microarrays for High Throughput Discovery of Biomaterials

Microarrays פולימר לגילוי תפוקה גבוהה של Biomaterials

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a ...

Low Molecular Weight Protein Enrichment on Mesoporous Silica Thin Films for Biomarker Discovery

חלבון נמוך מולקולרית משקל העשרה על סרטים סיליקה mesoporous דק גילוי סמן ביולוגי

The identification of circulating biomarkers holds great potential for non invasive approaches in early diagnosis and prognosis, as well as for the ...

Eye Irritation Test (EIT) for Hazard Identification of Eye Irritating Chemicals using Reconstructed Human Cornea-like Epithelial (RhCE) Tissue Model

Eye Irritation Test EIT for Hazard Identification of Eye Irritating Chemicals using Reconstructed Human Cornea-like Epithelial RhCE Tissue Model

גירוי מבחן העין (EIT) לסיכוני זיהוי כימיקלים עיניים מעצבנים באמצעות אפיתל דגם רקמות כמו-קרנית משוחזר אדם (RHCE)

To comply with the Seventh Amendment to the EU Cosmetics Directive and EU REACH legislation, validated non-animal alternative methods for reliable and ...

Isolation of Primary Murine Retinal Ganglion Cells (RGCs) by Flow Cytometry

Isolation of Primary Murine Retinal Ganglion Cells RGCs by Flow Cytometry

בידוד של תאים ראשיים Murine הרשתית גנגליון (RGCs) על ידי זרימת cytometry

Neurodegenerative diseases often have a devastating impact on those affected. Retinal ganglion cell (RGC) loss is implicated in an array of diseases, ...

Microfluidic Bioprinting for Engineering Vascularized Tissues and Organoids

Vascularized Microfluidic Bioprinting עבור הנדסת רקמות, Organoids

Engineering vascularized tissue constructs and organoids has been historically challenging. Here we describe a novel method based on microfluidic ...

Repressing Gene Transcription by Redirecting Cellular Machinery with Chemical Epigenetic Modifiers

הדחקת שעתוק גנים על ידי ניתוב מחדש מכונות הסלולר עם המגבילים Epigenetic כימי

Regulation of chromatin compaction is an important process that governs gene expression in higher eukaryotes. Although chromatin compaction and gene ...

Lucifer Yellow - A Robust Paracellular Permeability Marker in a Cell Model of the Human Blood-brain Barrier

לוציפר צהוב-מרקר חזק הקרנף מסמן במודל תא של מכשול הדם האנושי-מוח

The blood-brain barrier BBB consists of endothelial cells that form a barrier between the systemic circulation and the brain to prevent the exchange of ...