干细胞在眼部再生和视力恢复中的应用

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1.引言

组织再生，包括眼部组织的再生，随着年龄的增长而下降，导致组织随时间变得僵硬和退化。视力恢复有三种方法。第一种方法是使用矫正镜片，如眼镜或隐形眼镜，以补偿近视、远视或散光等屈光不正。第二种方法涉及外科手术，如角膜移植，以改善角膜瘢痕或损伤、光疗和激光疗法。第三种方法是干细胞移植用于组织再生和视力恢复。前两种方法是传统的，而干细胞疗法则是面向未来的。传统方法，如放大镜、药物和激光治疗，通常可以改善视力。然而，它们并不一定能恢复完整的视觉功能，尤其是在视网膜损伤的情况下。干细胞疗法有望通过再生眼部受损或患病细胞来恢复视力。
不同类型的干细胞已被探索用于眼部再生和视力恢复的治疗。临床前研究和临床试验显示出干细胞在治疗各种眼病（如年龄相关性黄斑变性（AMD）、视网膜色素变性（RP）和角膜损伤）中的应用前景。这些研究表明，干细胞能够分化为各种眼部细胞类型，如视网膜色素上皮（RPE）细胞和光感受器，并能够整合到受损的眼部组织中，从而改善视觉敏锐度。干细胞疗法中的一个重大挑战是将干细胞精确送达目标区域而不引起不良反应。正在探索不同的递送方法，如视网膜下和玻璃体内注射，以确保干细胞的有效和安全递送。尽管结果令人鼓舞，但肿瘤发生和免疫排斥等安全问题仍然是干细胞疗法应用中的重大障碍。干细胞培养、筛选和移植的研究进展可以解决这些问题。

2.眼部结构

眼睛是一个复杂的结构，能够调节接收的光线量、聚焦物体，并产生连续的图像传输到大脑。眼睛是一个由多种专门结构和不同类型细胞组成的特殊器官。眼睛的主要组成部分包括角膜、瞳孔、晶状体、虹膜、视网膜、视神经、脉络膜、视神经、房水和玻璃体、视网膜色素上皮、巩膜、脉络膜、结膜和眼睑（图1）。这些眼部的各个部分共同作用以捕捉和处理视觉信息。广义上讲，眼睛由三层包围着光学清晰的房水、晶状体和玻璃体。外层由角膜和巩膜组成。中层包含主要的血液供应，从后向前依次是脉络膜、睫状体和虹膜。内层由视网膜组成（位于脉络膜上），从脉络膜内的血管和视网膜血管中获取营养，这些血管可以通过检眼镜可视化。睫状体和虹膜有一个脆弱的覆盖物，即睫状上皮和虹膜后上皮，与视网膜相连。眼睛的完整结构被称为眼眶的骨腔所包围，由多个颅骨形成，保护眼睛，允许神经和血管通过，眼眶脂肪作为缓冲垫。结膜是衬里眼睑并覆盖眼球的膜，终止于角膜。它由眼睑部分和球结膜部分组成，具有两个凹槽，称为上穹窿和下穹窿，允许运动（图1）。纤维层由睑板和眼睑筋膜组成，统称为眼眶隔膜，为眼睑提供机械稳定性。眼眶隔膜在眼睑闭合时覆盖眼眶的开口，并由内侧和外侧眼睑韧带稳定。眼球运动由六条肌肉控制（四条直肌：下直肌、内直肌、外直肌、上直肌，以及上下斜肌）。眼轮匝肌负责闭合眼睑，而提上睑肌负责打开眼睑。眼轮匝肌分为眼眶部分和眼睑部分，后者导致眼睑闭合。其他面部肌肉，如皱眉肌和金字塔肌，也有助于眼睑的闭合或打开。眼睑中的平滑肌纤维可以扩大眼睑裂隙。巩膜位于最外层，起到保护和维持眼睛形状的作用，是一种相对坚韧的白色层。与此同时，角膜作为窗口允许光线进入眼睛。脉络膜是一个血管网络，为眼睛提供营养，并含有黑色素以防止眩光。眼睑和泪腺负责通过在角膜表面扫过分泌物并防止蒸发来维持角膜的湿润。相反，视网膜包含光感受器，能够检测光线并将视觉信号发送到大脑。晶状体帮助将光线聚焦到视网膜上，而房水和玻璃体是清澈的液体，提供营养并维持眼睛的形状。角膜是一个透明的、弯曲的层，允许光线进入眼睛，并作为眼睛前部的保护覆盖物。它有助于将光线聚焦在眼睛后部的视网膜上。

虹膜环绕着瞳孔，控制着进入眼睛的光线量。位于虹膜后面的晶状体通过睫状肌的作用改变形状，将光线聚焦到视网膜上。视网膜包含将光线转换成电信号的光感受器细胞，这些信号通过视神经传送到大脑。眼球分为两个部分：前段充满房水，为内部结构提供营养；后段包含玻璃体，一种类似果冻的液体。

3.视力损害

当缺乏的视力不能通过隐形眼镜和眼镜矫正时，被称为失明，分为部分和完全两种。完全失明是指一个人不能看到或感觉到光线。通常，“失明”这个术语用于指完全失明。导致失明的常见原因包括白内障和屈光不正。视力损害和失明可以发生在任何年龄。然而，大多数视力损害和视力丧失的人年龄在50岁以上。国际疾病分类11（2018）将视力损害分为远视和近视。远视损害可以分为四个类别：轻度视力损害（视力6/12至6/18）、中度视力损害（视力小于6/18至6/60）、重度视力损害（视力小于6/60至3/60）和失明（视力小于3/60）。近视损害是指在40厘米处视力小于N6（40厘米处的近视力）和M.08（近视力测量）。全球有22亿人患有近视或远视损害。其中，远视病例包括白内障（约9400万）、未矫正的屈光不正（约8840万）、年龄相关性黄斑变性（约800万）、青光眼（约770万）和糖尿病视网膜病变（390万）。此外，约8.26亿未解决的老花眼问题占近视损害。远视损害在低收入和中等收入国家中的发病率是高收入国家的四倍。大约80%的未解决近视损害病例来自撒哈拉以南非洲，而高收入地区和亚太地区、澳大利亚、西欧和北美的病例不到10%。未解决的视力损害是由于缺乏可访问的眼科服务和眼病知识。大多数视力损害被归因于年龄相关性黄斑变性、白内障、糖尿病视网膜病变、青光眼和未矫正的屈光不正，可以根据年龄、性别和高收入及低收入地区进行分层。白内障在低收入和中等收入国家中更为常见，而青光眼和年龄相关性黄斑变性在高收入国家中更为常见。此外，先天性白内障是儿童视力损害的最常见原因，而在高收入国家中，它是早产儿视网膜病变。无论成人还是儿童，未矫正的屈光不正都是视力损害的主要原因。儿童早期的视力损害可能会延迟运动、语言、社交、情感和认知发展。学龄期的视力损害可能影响教育成就。成年期的视力损害影响劳动力参与和生产力。相比之下，晚年的视力损害影响生活质量，可能导致社会孤立，并增加跌倒和骨折的风险。视力损害也有经济影响。总之，视力损害指的是任何影响人清晰看东西或解释视觉信息的条件或障碍。它可以从轻微到严重，可能由遗传、老化、伤害、疾病或环境因素引起。视力损害的常见例子包括近视、远视、散光、色盲和失明。这些状况可以显著影响一个人的日常生活、活动能力和整体生活质量。

4.视力损害的医疗状况

许多眼病可以损害视力；其中一些最常见的包括：年龄相关性黄斑变性（AMD）、青光眼、白内障、糖尿病视网膜病变、视网膜色素变性、角膜营养不良、视神经炎、葡萄膜炎、圆锥角膜和黄斑水肿，每种状况都可能导致不同程度的视力丧失，可能需要不同的治疗方法，如药物、手术或视觉辅助工具。其他医疗状况，如糖尿病和多发性硬化症，也可能导致视力损害。

4.1.糖尿病和视力损害

与糖尿病相关的视力损害最常见的形式是糖尿病视网膜病变，它影响视网膜中的血管，如果不治疗可能导致视力丧失或失明。糖尿病视网膜病变有两种类型：非增殖性糖尿病视网膜病变（NPDR）和增殖性糖尿病视网膜病变（PDR）。在NPDR中，视网膜中的血管泄漏，导致液体、出血或脂质积聚。这些血管的关闭可能导致血流不畅或缺血。PDR发生在异常血管因缺血而生长时。这些异常血管可能使血液泄漏到玻璃体中，导致视网膜表面牵引变化、脱落和晚期严重视力丧失。经历暂时性低血糖水平的人可能会在视网膜上过度生长异常血管，这与VEGF和ANGPTL4蛋白水平的增加有关。患有糖尿病视网膜病变的人可能特别容易受到低血糖的影响，HIF-1α途径可能是开发有效治疗方法的靶标。

4.2.斯塔加特病和视力损害

斯塔加特病是一种罕见的遗传性眼病，导致视网膜黄斑区的光感受器细胞退化，从而导致中心视力丧失。这是最常见的遗传性黄斑变性形式。该病的全球患病率估计为每8000到1万人中有1人。该病通常在儿童或青少年时期发展，由ABCA4基因突变引起，通过常染色体隐性遗传。症状包括中心视力的丧失或变化，以及视网膜色素上皮中特征性的黄白色斑点。可以通过遗传测试来诊断这种状况，并评估其他家庭成员或后代受影响的风险。有服务和资源可以帮助患有斯塔加特病的人和家庭。功能测试，测量视力、视野和色觉，也可以帮助诊断斯塔加特病。然而，斯塔加特病的早期诊断可能会引起误解。

4.3.葡萄膜炎与视力损害

葡萄膜炎可导致视力损害甚至失明，如果不进行治疗。葡萄膜炎是一种涉及眼睛葡萄膜（眼睛的中层）发炎的眼部疾病。它还可能影响其他眼部部位，如虹膜、玻璃体和视网膜。它可能导致不适、发红、对光敏感和视力变化。葡萄膜炎可以根据受影响的葡萄膜区域分为三种类型。前部葡萄膜炎发生在眼睛前部的葡萄膜肿胀，可持续数周或反复发生。中间葡萄膜炎的特点是眼睛中部的葡萄膜肿胀，可持续数年，并在改善和恶化之间交替。后部葡萄膜炎影响眼睛后部的葡萄膜，可逐渐发展，持续多年。在严重的情况下，葡萄膜的所有层都可能受到影响。感染、自身免疫疾病和眼伤通常是葡萄膜炎的常见原因。此外，葡萄膜炎还可能导致并发症，如白内障、青光眼和黄斑水肿，进一步损害视力。一项基于美国成年人自报葡萄膜炎记录的人口中心分析显示，自报葡萄膜炎与年龄、吸烟、强直性脊柱炎（AS）、溃疡性结肠炎（UC）或克罗恩病（CD）呈正相关。除了吸烟，女性发展成葡萄膜炎的风险更高。葡萄膜炎通常通过全面的眼部检查来诊断，包括视力测试、散瞳眼底检查和成像测试，如光学相干断层扫描（OCT）或荧光素血管造影。

4.4.乌谢尔综合征与视力损害

乌谢尔综合征是一种遗传性常染色体隐性遗传病，特征是感觉神经性听力损失和视网膜色素变性。该病可分为三种亚型：I型、II型和III型。乌谢尔综合征可以通过症状出现的年龄和症状的严重程度来区分。根据国家卫生研究院（NIH），患病率大约为每10万人中有4-17人。I型乌谢尔综合征最严重，约占6%；II型较轻，占11-15%；III型占总数的<2%。乌谢尔综合征的患病率在不同种族和地理区域的记录并不十分详细。MYO7A基因占I型乌谢尔综合征的50%以上，USH2A基因占II型乌谢尔综合征的约80%。乌谢尔综合征1G蛋白SANS在调节剪接过程中起着至关重要的作用，SANS蛋白的缺陷可能导致与乌谢尔综合征相关的基因剪接错误，从而引发疾病。视网膜色素变性损害检测光线的视网膜细胞，逐渐减少周边视力、夜盲和完全失明。它根据症状发作、年龄和听力损失的严重程度分为三种类型。视力损失的严重程度可能因乌谢尔综合征类型而异。了解乌谢尔综合征中基因型和表型之间的关系对于开发有效的基于基因的治疗和精准医疗方法至关重要。它涉及周边视力的丧失，例如对光线适应性和夜视的困难。它也可能影响中心视力，例如阅读文本和面部识别的困难。该病可以通过视力和基因测试来诊断。诊断可能涉及使用唾液和泪液样本识别基因突变的基因测试。

4.5.黄斑水肿与视力损害

黄斑水肿指的是在黄斑区（负责清晰、详细视力的视网膜中心区域）液体积聚。这种液体积聚可以使黄斑膨胀，导致视力模糊或扭曲。黄斑水肿可能因各种条件而发生，如糖尿病视网膜病变、年龄相关性黄斑变性、葡萄膜炎或视网膜静脉阻塞。它是视力损害的常见原因，如果不进行治疗，可能导致永久性视力丧失。治疗选择包括药物、激光疗法和手术。黄斑水肿发生在血管泄漏到视网膜的一个部分，称为黄斑。这使黄斑膨胀，导致视力模糊。黄斑水肿可由糖尿病性视网膜病变（糖尿病性黄斑水肿[DME]）引起。DME被定义为由视网膜血管液体泄漏引起的黄斑膨胀。可能导致黄斑水肿的因素包括年龄相关性黄斑水肿（AME）（糖尿病视网膜病变临床研究等人，2010年），葡萄膜炎、视网膜静脉阻塞（视网膜中阻塞的静脉）、眼部手术和某些药物。黄斑水肿可以通过荧光素血管造影（眼部血管的图片）、光学相干断层扫描（眼后部的图片）和Amsler网格（通过查看图片网格分析中心视力丧失）来诊断。黄斑水肿可能导致显著的视力损害和失明，突出了及时诊断和有效管理以防止不可逆视力丧失的必要性。

4.6.年龄相关性黄斑变性与视力损害

年龄相关性黄斑变性（AMD）是一种逐渐影响黄斑的退行性眼病，黄斑是视网膜中负责中心和清晰视力的关键区域。它是发达国家50岁及以上成年人不可逆视力丧失的主要原因，如美国。AMD大致分为干性AMD（萎缩性）和湿性AMD（新生血管性）。湿性AMD导致更严重的视力丧失。据估计，美国约有11%的65岁及以上成年人患有AMD。预计这一百分比将上升，一些预测表明，到2050年，由于人口老龄化，AMD病例可能翻倍。尽管年龄相关性黄斑变性（AMD）可能影响任何种族或民族的人，但某些群体的疾病发病率更高。根据国家眼科研究所的一项研究，与非洲裔美国人和西班牙裔人群相比，非西班牙裔白人美国人的AMD患病率显著更高。显然，亚裔美国人的AMD患病率比其他种族和民族群体低，尽管这一发现在所有亚裔亚群体中并不一致。AMD是一个全球公共卫生问题，据2019年发表在《柳叶刀全球健康》杂志上的一项研究估计，全球约有1.96亿人受到该病的影响。该研究预测，到2040年，AMD患者数量将增加到近2.88亿，北美和欧洲报告的患病率最高，给全球卫生保健系统带来重大负担。AMD的诊断涉及全面的眼部检查，包括视力、散瞳眼检查、Amsler网格、光学相干断层扫描（OCT）和荧光素血管造影等多项测试。这些测试旨在识别黄斑的任何早期变化，并确定AMD的类型和严重程度，这有助于选择适当的治疗方法。

4.7.青光眼与视力损害

青光眼是一组导致视神经受损的眼部疾病，视神经负责将视觉信息从眼睛传递到大脑。眼内压，即眼睛内部的压力，是视神经损伤的常见原因。如果不进行适当治疗，青光眼可能导致不可逆的视力丧失和失明。根据世界卫生组织，青光眼是全球第二大致盲原因，影响约7600万人（世界卫生组织，无日期）。在美国，超过300万人受到青光眼的影响，其中一半的人不知道自己的状况（国家眼科研究所，无日期-b）。60岁以上的人、有家族病史的人以及某些疾病如糖尿病患者发展成青光眼的风险更高。某些种族和民族群体，包括非洲裔美国人、西班牙裔和亚洲人，发展成青光眼的风险也更高（美国眼科学会，2022b）。青光眼有不同类型，包括开角型青光眼和闭角型青光眼。早期开角型青光眼通常无症状，并且随时间缓慢进展。另一方面，闭角型青光眼发展迅速，可能导致严重的眼痛、发红和视力丧失等症状。青光眼通过全面的眼部检查来诊断，包括眼压测量、眼底镜检查和视野检查。可能使用OCT等额外测试来测量视网膜神经纤维层的厚度。定期眼部检查对于早期发现和管理至关重要，因为青光眼的早期阶段可能没有任何明显的症状。

4.8.白内障与视力损害

白内障是指眼睛自然晶状体的混浊，可能导致视力损害，影响全球数百万人，特别是老年人。根据世界卫生组织（WHO），白内障占全球盲人的51%，相当于约2000万人（世界卫生组织，2022年），而在美国，它是40岁以上成年人致盲的主要原因（国家眼科研究所，无日期-a）。尽管白内障可能因多种因素发展，包括年龄、吸烟和紫外线暴露，但有几种治疗方法可以解决这种状况。最常见和成功的治疗是手术，用人工晶状体替换自然晶状体。预防措施如佩戴防护眼镜、吃富含抗氧化剂的健康饮食和戒烟可以降低发展白内障的风险。通过定期全面的眼部检查及时检测和治疗至关重要，以防止视力丧失和提高生活质量。在美国，白内障手术是最常见的手术之一，每年进行超过300万次手术（美国眼科学会，2022a）。诊断白内障涉及全面的眼部检查，包括视力测试、裂隙灯和散瞳眼检查。可能进行对比敏感性或成像测试等额外测试，以评估状况的程度。早期发现至关重要，定期眼部检查对于在早期阶段检测白内障至关重要。

5.干细胞疗法与眼病

各种眼病，如年龄相关性黄斑变性、视网膜色素变性、青光眼、糖尿病视网膜病变、视神经损伤、斯塔加特病、莱伯先天性黑蒙、乌谢尔综合征和锥杆营养不良，正在研究使用干细胞疗法进行潜在治疗。正在进行的研究和临床试验正在评估这些疗法的安全性和有效性。

5.1.黄斑变性中的干细胞移植

在研究使用干细胞治疗AMD的各种研究中发现了有希望的结果。其中一种方法涉及使用诱导多能干细胞（iPSCs）产生可以移植到患者眼中的视网膜色素上皮（RPE）细胞。其他研究探索了间充质干细胞（MSCs），它们具有抗炎和免疫调节特性，可能保护视网膜免受损伤。在2012年发表的一项临床试验中，Schwartz等人领导了第一项临床试验，研究将人类胚胎干细胞衍生的细胞移植到干性年龄相关性黄斑变性（AMD）的人类患者中。人类ESC衍生的视网膜色素上皮（RPE）细胞安全且耐受性良好，并且有一些证据表明患者的视力有所改善。这一早期调查报告表明，早期治疗增加了恢复视力的可能性。后来，评估了在四名亚洲黄斑变性患者中进行视网膜下移植人类胚胎干细胞衍生的视网膜色素上皮（RPE）的安全性和潜在有效性。未观察到与移植细胞相关的不良安全问题，所有患者的视力都有所改善或保持稳定。该研究表明了hESC衍生细胞在再生医学中的潜力。在两名严重年龄相关性黄斑变性（AMD）患者的视网膜下空间移植RPE显示没有不良事件，并且在12个月内视力分别提高了29和21个字母，支持了hESC-RPE贴片移植作为AMD再生策略的安全性和可行性。此外，诱导多能干细胞（iPSC）衍生的视网膜色素上皮（RPE）细胞展示了移植到患有新生血管性年龄相关性黄斑变性的患者中的可行性。自体iPSC衍生的RPE细胞片在视网膜下移植并在手术后1年保持完整。然而，最佳矫正视力没有改善，并且存在囊性黄斑水肿。在另一项将PRE移植到18名黄斑变性和营养不良患者的临床试验中，没有观察到不良增殖、排斥或严重的眼部或系统性安全问题。十个眼睛的视力有所改善，与视力相关的生活质量措施有所改善。这为多能干细胞后代治疗需要组织修复或替换的黄斑变性的安全性和潜在生物活性提供了证据。虽然临床前研究已经调查了胚胎干细胞、脐带血衍生的干细胞和其他干细胞类型用于AMD治疗，但需要进一步的研究来评估干细胞疗法治疗AMD的安全性和有效性。

5.2.干细胞移植在视网膜色素变性中的应用

干细胞移植可能是治疗视网膜色素变性（RP）的一个选项，其目标是用干细胞衍生的健康细胞替换受损或丢失的视网膜细胞。在RP治疗中使用了三种类型的干细胞，每种在安全性、有效性和可用性方面都有其优势和劣势。许多临床前和临床试验已经评估了胚胎干细胞（ESCs）、诱导多能干细胞（iPSCs）和成人干细胞移植的潜力。在rd1小鼠（RP的成熟模型）中，iPSCs衍生的神经干细胞（NSCs）存活、分化成各种视网膜细胞类型，包括光感受器和双极细胞，并整合到宿主视网膜中。从电视网膜图（ERG）和视动反应（OKR）测量中可以明显看出，NSCs移植即兴改善了小鼠的视觉功能。Chao等人已经证明，将hESCs衍生的视网膜细胞移植到灵长类动物（松鼠猴眼）的视网膜下空间，没有免疫抑制，移植细胞至少存活3个月，很好地整合到内层视网膜，并形成轴突投影到视神经。临床前研究在小鼠和灵长类动物模型中取得了积极的结果，例如恢复视力和视野。在人类中进行的干细胞移植也取得了积极的结果。一项研究将人类胚胎干细胞衍生的视网膜色素上皮（RPE）细胞移植到两名晚期RP患者中，另一项研究将自体骨髓衍生的干细胞移植到九名患者中，发现有改善视觉功能的证据。骨髓衍生的间充质干细胞（BM_MSCs）的1/2期试验导致患者视觉改善。Alcalde等人的系统综述表明，临床前和早期阶段试验结果是有希望的。然而，还没有干细胞疗法被批准用于治疗人类RP状况。

5.3.干细胞移植在视神经损伤中的应用

干细胞移植在大鼠中治疗视神经损伤显示出有希望的结果，通过促进轴突再生和改善视觉功能。然而，需要更多的研究来了解其在人类中的全部潜力。在视神经压碎的大鼠模型中，移植人类脐带Wharton's jelly衍生的MSCs及其细胞外囊泡，促进视网膜神经节细胞（RGCs）的存活和再生。MSCs对RGCs有持续的神经保护作用，可在受伤后长达120天，促进轴突再生和视觉目标的再神经支配。使用基因疗法抑制Nogo受体（NgR）在生长敏感的RGCs中，以及中枢神经系统（CNS）中的轴突再生可以增强，但前提是激活神经元的内在生长程序。另一方面，野生型NgR的过度表达，阻断了生长敏感的RGCs的再生，并导致轴突回缩。干细胞疗法可以替换受损的视网膜神经节细胞，提供营养因子，供应健康的线粒体，并发挥神经保护作用，以介导RGCs的内源性再生。

5.4.干细胞移植在斯塔加特病中的应用

干细胞移植在潜在治疗斯塔加特病方面显示出有希望的结果，通过用能够分化成不同类型细胞的干细胞替换受损的视网膜细胞。早期研究表明，移植的干细胞可以在斯塔加特病患者的视网膜中存活并整合，导致一些视觉改善。目前正在进行几项临床试验，以评估干细胞疗法治疗斯塔加特病的安全性和有效性。一些试验涉及将来自胚胎干细胞或诱导多能干细胞（iPSCs）的视网膜色素上皮（RPE）细胞移植到视网膜中。

5.5.干细胞移植与葡萄膜炎

临床和临床前研究探索了干细胞移植，包括MSCs和HSCs，在治疗葡萄膜炎中的潜力。这些研究在治疗葡萄膜炎方面有很大的希望。在实验性自身免疫性葡萄膜炎大鼠中移植MSCs表明，MSCs的管理减少了EAU的严重程度，并延迟了疾病的发作。治疗效果与减少的细胞浸润和较轻的葡萄膜和视网膜损伤一致。结果还反映了炎症措施的减少，如减少T细胞反应，IFN-γ和IL-17，同时增加抗炎标志物IL-10。MSCs具有免疫调节特性，有效地干扰EAU期间的自身免疫攻击。有证据表明，间充质干细胞（MSCs）已被观察到将线粒体转移到帮助视网膜细胞的功能。相比之下，这些细胞分泌的外泌体已显示出具有抗炎和抗凋亡特性。在实验性自身免疫性葡萄膜炎中，灵长类动物和啮齿类动物是人自身免疫性葡萄膜炎的模型。MSCs移植如何减少炎症是一个需要进一步研究的主题。在小鼠中的调查报告表明，MSCs衍生的EVs具有抗炎线索，抑制小鼠模型中Th1和Th17反应的发展。此外，这些EVs可以抑制抗原呈递，这可能是自身免疫性葡萄膜炎的煽动因素。在病例系列中，Yang等人，2021年已经显示了脐带衍生的间充质干细胞（HUC-MSCs）在难治性葡萄膜炎中的治疗潜力。所有四名患者对治疗反应良好，葡萄膜炎发作次数减少，最佳矫正视力提高。

5.6.干细胞移植与乌舍尔综合症

多能干细胞可以被培养并诱导成为健康的光感受器细胞，替代视网膜中逐渐死亡的光感受器细胞。在USHA2小鼠模型中进行的细胞移植实验表明，接受前脑源性细胞移植的小鼠与对照组小鼠相比，表现出显著的性能改善，并且在供体细胞分布区域观察到的红/绿视蛋白的异常分布不再存在。乌舍尔综合症的干细胞移植仍然是实验性的，尚未被批准用于临床使用。

6.体外眼细胞前体的生成

在这一部分中，讨论了几个协议，用于从胚胎干细胞（ESCs）或诱导多能干细胞（iPSCs）体外分化为视网膜色素上皮（RPE）样细胞。2002年，Kawasaki等人报道了最早的关于体外分化RPE样细胞的研究之一。研究人员将猴子ES细胞系与基质细胞系PA6共培养。经过3周的培养后，他们观察到色素细胞的形成，这些细胞对Pax6呈阳性，Pax6是一种转录因子，通常存在于发育中的视网膜和RPE中，但不存在于神经嵴衍生的黑色素细胞中。目前从ES或iPS细胞生成RPE样细胞的协议通常涉及一个两步过程，首先将细胞诱导发展为神经外胚层特征，然后分化为RPE样细胞。尽管已经建立了使用这些协议生成RPE样细胞的可靠方法，但这可能需要几周的培养。并非所有初始培养中的细胞都可能分化为RPE样细胞。这可能是由于ES和iPS细胞培养的异质性，以及RPE样细胞生成可能依赖于邻近非RPE样细胞，将人类胚胎干细胞引导分化为功能性视网膜色素上皮细胞。将多能干细胞分化为RPE和光感受器涉及物种固有因素。例如，小鼠ES分化为RPE和光感受器的时间为28天，而人类ES分化为RPE和光感受器分别需要120天和150天。这可能是因为人类和小鼠ES的不同固有属性。小鼠ES的多能性可以在没有饲养层和表皮生长因子2（EGF-2）的情况下维持。然而，人类ES细胞的多能性维持需要补充生长因子，饲养层的阶段也很重要，通常是早期传代的MEF饲养层，并应在制备后3天内使用。Hayashi等人使用人类iPS细胞生成包含四个同心区域的眼细胞原基上皮。从这个原基培养出角膜上皮细胞片，使用特定抗体的组合来纯化角膜上皮干/祖细胞。这种方法可能具有首次人体临床试验的潜力，用于前眼移植以恢复视觉功能。另一项近期研究表明，使用化学定义的、无动物添加的培养基，补充人类玻璃连接蛋白，可以生成自形成神经视网膜结构和RPE细胞。这个协议使得在不到100天内生成CD73+光感受器前体，这可能适合于基于移植的细胞治疗策略。通过未来全球单倍型hiPSC银行的发展，可以促进这些细胞的大规模生产，其中有限数量的具有常见HLA单倍型的细胞系可以匹配相当一部分患者群体。转分化效率对于实现移植效率至关重要。早在2006年，Lamba等人就表明，可以通过分化因子的鸡尾酒实现高效的神经祖细胞。在过去的十年中，多个团队通过基于发育研究的细胞因子和小分子的组合，开发了改进的分化协议（图2）。其中一个协议涉及将神经视网膜祖细胞的有效分化方法与先前描述的RPE诱导因子（如烟酰胺和活化素A）结合起来。这使得大多数细胞在分化后14天表达色素标记PMEL17，消除了手动富集的需要。然而，成熟的RPE细胞只能在几周的成熟后才能被储存。为了解决这个问题，开发了一个简化的RPE分化协议，该协议仅需要将hPSCs与NIC、活化素A和CHIR99021顺序处理。这个协议重演了视网膜发育的主要步骤，并在没有手动富集的情况下产生纯净的RPE细胞群。

然后使用培养机器人自动化该协议，以扩大生产过程，在12周内仅通过一轮生产就生产出160亿个成熟和功能性的RPE细胞。尽管完整的协议有效，但它们遇到了两个重大问题。首先，它们依赖于手动选择色素菌落/胚胎体以增强RPE产量，使过程繁琐且耗时。其次，使用生长因子、细胞因子和小分子来调节或加速分化是昂贵的，并大大增加了过程的成本。另一个协议使用了视网膜诱导因子的组合，如IGF1、noggin、Dkk1、bFGF、烟酰胺、活化素A、SU5402和血管活性肠肽（VIP），在适当的时间添加以指导多能干细胞向RPE分化，基于Pmel17表达的效率约为80%。重要的是，这些细胞可以在分化开始后14天被分离，这使得这个有价值的协议可以快速生成用于移植和RPE发育研究的RPE数量。还开发了使用温度响应性培养表面的细胞片工程技术，以快速附着完整的角膜上皮片，无需任何载体或缝合线。这种方法使得整个角膜表面完全被移植的上皮细胞片覆盖，最小化角膜混浊。由于仅移植上皮细胞及其沉积的基质，宿主的免疫反应也可以最小化。有希望的结果表明，这种生物工程角膜片可能非常适合临床环境中的移植。使用2D细胞因子稀缺协议，可以在2个月内从人类多能干细胞中获得功能性RPE细胞。然而，这些样本通常包含非RPE和早期祖细胞的混合物，使它们不适合临床使用。可以通过与荧光素偶联的AcLDL孵育混合RPE/非RPE培养物来解决这个问题。基于FACS的标记细胞分离可以允许选择性纯化成熟功能性RPE。随后对DiI-AcLDL标记的细胞进行亚培养，可以获得纯净、均匀、高质量的RPE单层。2014年，Masayo Takahashi的团队实现了人类首次自体移植iPSC衍生的视网膜色素上皮细胞（RPEs）（图2）。移植旨在治疗年龄相关性黄斑变性（AMD），这是一种导致RPE细胞退化的慢性疾病，是60岁及以上人群失明的主要原因。

叶等人提出的另一种分化模型使用信号通路抑制剂和烟酰胺来提高RPE片的生成，而不使用可能引起炎症的人造支架。他们报告说，移植后没有肿瘤形成或免疫排斥反应。一个使用F-肌动蛋白标记图像进行机器学习基础的TER预测的非侵入性模型，对于RPE片的质量控制和大规模制造在临床和工业中可能具有价值（叶等人，2020年）。酶消化纯化仅对非RPE细胞附着力低的RPE培养有效。

在干细胞分化培养中，非RPE细胞的形态和附着强度各异，因此应相应调整纯化方法。作者比较了五种用于皮肤iPSC和ESC衍生的RPE培养的纯化方法。他们发现所有方法都能产生高度功能性的RPE细胞，但在产量和处理时间上存在显著差异。他们的发现可以指导研究人员根据非RPE和RPE的附着强度选择和定制RPE纯化策略。

总之，已经开发了多种协议，用于将终末分化细胞转分化为多能状态，如病毒转导、非病毒转导和蛋白质转导多能因子，如Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc。这可以通过小分子如丙戊酸和小RNA重编程进一步实现。此外，分化细胞与现有或诱导的多能干细胞的融合也会得到相同的输出。

7.眼器官样

器官样是小型的、自组织的3D结构，它们在结构和功能上与体内器官非常相似。它们是使用来自人类和小鼠标本的各种组织类型创建的，如大脑、肝脏、胃、胰腺和肠道。近年来，器官样背后的技术在再生医学和发展生物学中获得了极大的关注，因为它可以用来模拟人类器官发育、疾病病理和药物效应。眼睛是一个复杂而精致的器官，包含多种细胞类型和结构，它们协同工作以提供视觉。因此，眼器官样已成为研究眼睛发育、疾病机制、细胞生物学和发现新治疗靶点的宝贵工具。这些器官样是使用来自视网膜和角膜组织的多能或成年干细胞创建的，它们可以复制人类眼睛的发育模式和细胞多样性。眼睛是一个复杂而脆弱的器官，由多种细胞类型和结构组成，它们和谐地工作以实现视觉。这些小型的、自组织的3D结构包括来自多能（PSCs）或成年干细胞的视网膜和角膜组织。研究表明，眼器官样可以密切模仿人眼的发育模式和细胞多样性，使它们成为研究眼睛发育和病理条件的理想模型。下表描述了眼器官样的重要类型。

从眼睛细胞类型中产生类器官是一个多步骤的过程在下一节中。

7.1.器官样培养过程

器官样培养过程可以分为三个主要阶段。要从干细胞生成眼器官样，初始阶段是获得特征良好且多能的干细胞（PSCs），包括诱导多能干细胞（iPSCs）或胚胎干细胞（ESCs）。这些PSCs随后在无血清培养基系统中，使用饲养层细胞或人类重组蛋白在2D单层细胞培养中培养和扩增。这个过程保证了细胞的多能性和未分化状态。第二阶段是产生眼器官样，涉及通过从PSCs形成胚胎体（EBs）来诱导眼特异性细胞命运。EBs是3D细胞团块，模拟早期胚胎发育阶段。这些PSCs被转化为单细胞悬浮液，并在低附着力的培养皿中培养，以诱导细胞自发聚集和EB形成。EBs被允许发育大约10天，在此期间形成了一个眼泡，它将发育成视网膜和角膜。眼器官样生成的最后阶段涉及从眼泡生成视网膜器官样。然后，眼泡被分离成单细胞，嵌入到3D基质如Matrigel中。细胞随后在促进分化为特定视网膜细胞类型的培养基中培养。培养基中含有特定生长因子，以产生光感受器、节细胞、双极细胞和中间神经元。培养条件可以根据研究问题进行调整，以研究特定的视网膜细胞或路径。最后，为了产生角膜器官样，PSCs被分化为角膜上皮细胞、角膜基质细胞和角膜内皮细胞。角膜器官样的分化过程与视网膜器官样不同，涉及几个特定的步骤和培养条件，复制角膜的自然发育。

7.2.技术改进

7.2.1视网膜器官样形成的微图案化：

该领域的最新发展利用微图案化方法创建视网膜器官样。微图案化涉及使用微尺度特征精确排列细胞成特定形状和尺寸。利用这项技术，科学家可以生成视网膜器官样，其排列和层状结构的准确性更高，类似于体内视网膜。

7.2.2多种细胞类型的共培养：

生成眼器官样的更先进方法涉及选择性共培养多种细胞类型，以在器官样结构内创建更复杂的细胞网络。这项技术已被证明可以提高药物测试的效率。通过共培养多种细胞类型，研究人员成功生成了视网膜和角膜器官样，展现了改善的组织复杂性和与体内环境更显著的相似性。

7.2.3生物打印用于器官样生产：

生物打印过程涉及精确沉积细胞，通常通过自动化机械控制，形成类似于人类器官的3D结构。这项技术使得包括视网膜和角膜细胞在内的各种细胞类型的精确制造成为可能，以创建器官样。生物打印技术有潜力彻底改变器官样生产，提供自动化和可扩展的生产方式。

7.2.4眼器官样中的基因编辑：

研究人员已经开发了标准化协议，通过将基因编辑试剂（图3），如CRISPR-Cas9，直接引入胚胎体（EBs）或在眼泡分化为视网膜和角膜器官样期间，用于基因编辑研究。分化和培养条件可以优化，以促进特定细胞类型的发展，如光感受器、节细胞、双极细胞和中间神经元。

7.3.应用

7.3.1.遗传疾病模型

基因编辑在眼器官样中的一个潜在应用是能够模拟遗传疾病。研究人员可以通过引入与不同眼病相关的遗传突变，如Stargardt病、视网膜色素变性、Leber先天性黑蒙和青光眼，来创建具有疾病表型的眼器官样。这使他们能够研究疾病机制、突变对眼睛发育和功能的影响，以及潜在治疗效果。下表列出了一些使用眼器官样来理解临床上涉及的基因功能的关键研究。

7.3.2.遗传突变的纠正

如CRISPR-Cas9等基因编辑技术可以纠正与眼病相关的遗传突变。例如，Bassuk等人（2016年）使用CRISPR-Cas9纠正与X连锁视网膜色素变性（XLRP）相关的RPGR基因中的突变在iPSCs中。修正后的hPSCs随后被分化为视网膜器官样，研究人员证明了光感受器功能的恢复。在另一项研究中，通过遗传操作纠正了iPSC衍生的视网膜器官样中的纤毛病和光感受器丧失。纳米粒子被用来更有效地将CRISPR-cas9组分传递到眼器官样中。

7.3.3.CRISPR筛选

CRISPR筛选（CRISPRs）允许高通量筛选基因功能。它涉及将CRISPR-Cas9系统定向到不同的基因，实现相关基因组区域的删除或破坏。CRISPR筛选已在视网膜器官样中使用，以研究视网膜基因的功能相互作用，并确定眼病的潜在治疗靶点。

7.3.4 研究眼病的报告系统

为了更好地理解器官样系统中的疾病表型，特定基因如SIX6（SIX同源框6）和POU4F2（POU类4同源框2）——已知涉及眼的病理条件——已被修改以创建荧光或生化报告器。

7.3.5.眼睛发育

眼器官样为研究眼睛发育的复杂性提供了宝贵的工具，因为它们能够复制人眼的细胞多样性和三维结构。这些器官样被用来深入了解眼睛发育中涉及的分子和细胞过程，包括皮层的形成和视网膜细胞从眼泡的分化。利用眼器官样，研究人员可以追踪各种细胞类型的顺序发育，如光感受器、节细胞、双极细胞和中间神经元，因为它们从眼泡中产生。

7.3.6.疾病模型

传统的2D培养在准确模拟涉及多个基因和环境因素的疾病病理方面面临困难。然而，眼器官样在模拟青光眼、视网膜病变和黄斑变性等眼病方面非常有用。在2022年的一项研究中，Arthur等人展示了眼器官样可以被用来研究人类的视网膜病变，为开发新的治疗方法提供了机会。

7.3.7.药物发现

眼器官样提供了一个平台，用于药物毒性测试，从而更快地识别不安全的药物，避免成本和时间损失。此外，眼器官样是研究药物作用机制和各种基因/途径功能的优秀工具，这可以改善药物发现结果，并可能加速药物开发。

7.3.8.再生医学

眼器官样在再生医学中扮演着重要角色，主要是恢复受损或病变的眼组织。角膜疾病通常需要角膜移植等治疗干预，这可能限制了供体组织的可用性。眼器官样提供了一种非侵入性的移植替代方案，通过多能干细胞（PSCs）促进组织再生，从而解决了供体组织短缺的问题。

8.眼干细胞引导视觉恢复的挑战

尽管干细胞技术的进步为治疗广泛的眼病提供了极好的前景，但要使干细胞治疗成为眼病的可行治疗选择，还必须解决许多挑战。干细胞在眼病治疗中的重要挑战包括安全问题、有效性、标准化、规模化、移植细胞与周围组织的整合、免疫排斥、移植部位的长期存活、有效性和常规批准。

8.1.技术挑战

对于基于干细胞治疗，包括器官样生产，CRISPR-Cas9的有效和精确传递仍然是一个重大挑战。一些遗传性眼病，如视网膜色素变性、Leber先天性黑蒙、Stargardt病、锥杆营养不良、色盲、乌舍尔综合症、X连锁性视网膜劈裂、先天性白内障和一些青光眼病例可能具有挑战性。然而，传统传递方法如电穿孔和病毒载体显示出不同程度的效率和非目标效应。器官样技术的最新进展，如微注射、激光介导传递和基于纳米技术传递，为干细胞提供了更精确和针对性的CRISPR-Cas9传递，为基于干细胞的治疗提供了有希望的解决方案。器官样培养有一系列限制，包括未成熟器官样的产生。眼器官样的发育阶段可能与人类眼睛不同，在实验期间可能是未成熟的。这种限制可能影响研究的解释，使它们与标准生理学不太相关。当前的器官样培养方法受到其批量大小的限制。在体外条件下复制眼神经元和血液供应的自然环境是具有挑战性的。此外，眼器官样的生产并不具有成本效益。非目标效应是器官样中CRISPR引导基因编辑的一个重要关注点。

8.2.移植细胞的整合

要治疗遗传性和非遗传性眼病，移植细胞成功整合到移植部位的组织微环境是至关重要的。在眼睛的微妙但复杂的机械感官环境中，细胞在移植部位的整合是复杂的。各种因素，如机械应力、营养缺乏、氧气供应有限、宿主炎症反应和细胞外基质（ECM）的减少可能导致移植细胞的死亡。

8.3.安全性

免疫排斥是接受移植细胞时的主要关注点。这些挑战包括视网膜下空间中独特的免疫反应，这可能因异种移植或同种异体移植而异，以及功能性和影像学评估产生误导性结果的易感性。持续审查潜在干预措施，并开发标准化协议以确保患者安全和眼科护理的最佳实践，同时承认该领域创新的潜力，这是极其重要的。

8.4.可扩展性和标准操作程序

解决可扩展性和标准化的挑战对于干细胞治疗的成功结果至关重要。为了满足大规模临床试验和未来治疗的需求，有必要开发生产和扩展干细胞的高效且成本效益的方法。标准化技术也是确保不同研究和临床试验之间的一致性和可复制性的关键。鉴于存在多种分离和培养干细胞的方法，这些方法可能因所用细胞类型和治疗的疾病而异，因此标准化这些技术对于促进一致和可靠的结果至关重要。

8.5.治疗效果和成本

治疗效果和成本对于眼部干细胞移植至关重要。治疗效果可以根据视力改善和患者生活质量的提高来评估。评估治疗的长期效果和潜在并发症同样重要。建立干细胞能够再生受损组织并恢复眼病患者视力的挑战，因为这需要长期跟踪和客观衡量视力改善。在治疗效果和涉及成本方面，应强调剂量策略和永久性移植方法。

8.6.伦理问题

眼部干细胞移植的伦理考虑包括干细胞的来源、患者风险和程序的整体效果。胚胎干细胞引发了关于胚胎破坏和人类胚胎道德地位的问题，而iPSCs可能仍存在遗传突变或异常的风险。知情同意和患者自主权也是必要的，治疗的不平等获取可能引发基因编辑相关的伦理、法律和社会问题，这些问题需要关注。这些包括生殖系编辑的机会、改变自然表型的能力，以及知情同意和透明度的重要性。例如，从遗传相关的供体眼中进行的双侧边缘干细胞移植涉及一定程度的伦理问题和供体同意。存在意外后果的可能性，如肿瘤形成或其他不良反应。适当的监管和监督是防止伤害和满足伦理标准所必需的。

8.7.监管合规

尽管干细胞疗法有潜力治疗许多眼部疾病，但未经证实的治疗方法可能是不安全的。监管机构和监管批准必须监督安全有效的干细胞疗法是必要的。一些供应商提供未经批准和未经证实的干细胞产品，因此在考虑任何治疗之前确认所提供的内容是必要的。像FDA这样的监管机构增加了他们的监督和执法力度，以保护人们免受不诚实和不道德的干细胞诊所的伤害，同时继续鼓励创新。为了保持安全，必须确保任何干细胞治疗都获得了FDA的批准，或者正在根据新药研究申请进行研究。未经证实的干细胞疗法可能极其不安全，并可能导致严重的不良事件，包括失明或肿瘤生长。

9.展望和未来前景

干细胞可能彻底改变眼科领域，为治疗眼病提供了一种有希望的新方法。研究人员正在研究干细胞再生眼内受损或病变细胞以恢复视力的潜力。干细胞治疗的一个重点领域是替换与年龄相关的黄斑变性和视网膜色素变性中受损或病变的视网膜细胞。早期的临床试验已经显示出令人鼓舞的结果，一些患者在接受干细胞治疗后视力有所改善。研究人员还在研究干细胞在角膜瘢痕和内皮功能障碍等条件下再生角膜细胞的能力。此外，研究人员正在探索使用干细胞治疗青光眼、视神经损伤和其他眼病。尽管取得了这些有希望的进展，但在干细胞疗法被认为是眼病的标准治疗之前，仍有障碍需要克服。一个关键挑战是确保移植的干细胞成功整合到现有组织中并发挥其正常功能。研究人员还在努力提高干细胞生产和递送方法的效率和安全性。总体而言，干细胞疗法治疗眼病的前景是有希望的。持续的研究和临床试验将为这种创新方法的潜在益处和局限性提供宝贵的见解。随着进一步的进步，干细胞疗法可能成为恢复视力和提高眼病患者生活质量的强大工具。像FDA或EMA这样的监管机构尚未批准眼病的干细胞治疗。正在进行的临床试验包括黄斑变性和角膜损伤等病症。一些诊所提供未经批准和危险的眼病干细胞治疗，患者应该谨慎并彻底研究任何干细胞治疗。

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