NPJ Regen Med丨视网膜类器官感光细胞悬液移植治疗视网膜色素变性挽救视功能

学术   2025-01-04 14:31   四川  

视网膜感光细胞在视觉功能的形成中起着至关重要的源头作用。然而,由于人类视网膜细胞的再生能力极为有限,一系列视网膜退行性疾病,包括年龄相关性黄斑变性、视网膜色素变性、Leber先天性黑矇以及Stargardts’病等重大致盲眼病,均会导致视网膜感光细胞发生不可逆丢失,进而严重损害患者的视力,最终导致失明。当前的临床治疗手段主要聚焦于疾病的并发症处置,虽能在一定程度上减缓感光细胞的退化速度,但对于疾病晚期、感光细胞严重受损的患者而言,仍缺乏有效的治疗方案。随着组织工程和干细胞工程技术的飞速发展,运用多能干细胞分化的感光细胞进行移植替代治疗的研究已成为该领域的一大热点,为视网膜退行性疾病的治疗开辟了新的希望【1】,尤其是多能干细胞分化视网膜类器官技术的发明【2】,进一步提升了移植再生视网膜的可行性。然而,作为国际眼科届的热点领域,既往相关研究仍遇到不少挑战和困难,主要集中在移植感光细胞后的存活、整合及功能等方面的难题【3-6】

近日,首都医科大学附属北京同仁医院、北京市眼科研究所金子兵教授团队在npj Regenerative Medicine在线发表题为Transplantation of Derivative Retinal Organoids from Chemically Induced Pluripotent Stem Cells Restored Visual Function的文章【7】采用化合物诱导性多能干细胞高效分化为视网膜类器官,并将感光细胞以单细胞悬液的形式移植到视网膜退行性疾病经典模型rd10小鼠的视网膜下腔。实验结果显示,移植的细胞能够在宿主视网膜中形成功能性神经连接,并显著改善视网膜变性鼠的视觉功能


在这项研究中,研究者首先构建了感光细胞特异性标记的荧光报告多能干细胞系,并构建稳健的视网膜类器官分化方案。所得到的视网膜类器官不仅具有视网膜特有的分层结构,还包含了所有类型的神经视网膜细胞,且其基因表达模式与体内视网膜发育过程中的相应基因表达情况高度相似。随后,研究者将视网膜类器官消化为单细胞,并将感光细胞以细胞悬液的形式移植到视网膜退行性疾病模型鼠rd10的视网膜下腔(图1A)。移植后通过瞳孔对光反射检查发现,移植组实验鼠的瞳孔对光收缩程度较溶媒对照组显著提高,表明其视觉功能得到了显著改善(图1B)。视网膜免疫荧光染色进一步观察到,带有荧光标记的移植感光细胞在宿主视网膜的感光细胞层区域稳定存在,并形成了表达突触囊泡蛋白的突触末端,这些突触囊泡蛋白始终位于宿主-移植物界面区域,证明了移植细胞与下游视网膜神经元之间形成了功能性突触连接(图1C,D)

图1.干细胞来源感光细胞悬液移植过程及细胞整合情况

以往的研究大多采用视网膜类器官切割后形成的移植片进行移植,虽然移植片能够在宿主视网膜中存活、整合并发育出结构化的感光细胞,但移植的视网膜往往会形成“视泡样”结构,导致移植片内的细胞难以充分移行并整合到宿主视网膜中,难以形成完整的视网膜神经连接(图2)。尽管日本已开展了首例视网膜类器官移植片的临床研究,初步验证了移植的安全性和稳定性,但其移植后视网膜细胞整合性能尚有待改善,远期(2年以上)的安全性和有效性仍需进一步评估【6】。本研究通过改变移植策略,采用感光细胞悬液进行移植,使得移植后的细胞能够更好地与宿主细胞形成突触连接并发挥功能,在一定程度上提高了移植细胞的存活和整合效率。

图2.视网膜类器官移植片移植后形成“玫瑰花环样”整合结构【2, 4, 5】

本研究创新性地利用化合物诱导性多能干细胞分化来源的视网膜类器官,实现了感光细胞悬液的移植,观察到移植细胞在宿主视网膜中实现了可靠的组织整合与功能性突触连接的形成,并成功挽救视网膜疾病模型鼠的视觉功能。这一研究成果为相关视网膜疾病的临床细胞治疗提供了全新的科学思路。虽然利用干细胞分化的细胞产品移植治疗视网膜疾病已取得较大进展,且移植的安全性已得到初步的验证,但其治疗有效性仍有待进一步开发。未来,通过对细胞不同移植形式(如细胞悬液或细胞移植片)的探索,有望找到更加有效的治疗方式,使更多患者受益。

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41536-024-00387-7

制版人:十一



参考文献




1. Jin ZB, Gao ML, Deng WL, et al. Stemming retinal regeneration with pluripotent stem cells. Prog Retin Eye Res. 2019 Mar; 69: 38-56.

2. Eiraku M, Takata N, Ishibashi H, Kawada M, Sakakura E, Okuda S, Sekiguchi K, Adachi T, Sasai Y. Self-organizing optic-cup morphogenesis in three-dimensional culture. Nature. 2011 Apr 7;472(7341):51-6.

3. MacLaren RE, Pearson RA, MacNeil A, Douglas RH, Salt TE, Akimoto M, Swaroop A, Sowden JC, Ali RR. Retinal repair by transplantation of photoreceptor precursors. Nature. 2006 Nov 9;444(7116):203-7.

4. Assawachananont J, Mandai M, Okamoto S, Yamada C, Eiraku M, Yonemura S, Sasai Y, Takahashi M. Transplantation of embryonic and induced pluripotent stem cell-derived 3D retinal sheets into retinal degenerative mice. Stem Cell Rep. 2014 Apr 24;2(5):662-74.

5. Shirai H, Mandai M, Matsushita K, et al. Transplantation of human embryonic stem cell-derived retinal tissue in two primate models of retinal degeneration. Proc Natl Acad Sci U S A. 2016 Jan 5; 113(1): E81-90. 

6. Hirami Y, Mandai M, Sugita S, et al. Safety and stable survival of stem-cell-derived retinal organoid for 2 years in patients with retinitis pigmentosa. Cell Stem Cell. 2023 Dec 7; 30(12): 1585-1596.e6.

7. Zhao N, Zhang CJ, Zhang X, Wang W, Jin K, Jin ZB. Transplantation of derivative retinal organoids from chemically induced pluripotent stem cells restored visual function. npj Regen Med. 2024 Dec 27;9(1):42. 


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