荧光显微镜。
来源:Olivier Dugornay / Wikimedia Commons / Ifremer(CC BY 4.0)

组织结构和目标细胞共同影响基因递送

视网膜基因治疗需要把载体递送到合适的细胞。荷兰团队在 Stem Cell Reports 报道一项研究,先比较人源视网膜模型的结构和 CRB 蛋白定位,再测试不同腺相关病毒(adeno-associated virus,AAV)载体的细胞偏好。

研究使用 3 个健康背景和 3 个 CRB1 相关视网膜病患者背景的诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC),并以胎儿视网膜和成人离体视网膜提供组织参照。不同阶段与不同用途的样本分别分析。

类器官逐渐形成感光细胞层和 Müller 胶质细胞。CRB2 较早出现,CRB1 较晚形成明显定位;两种蛋白在感光细胞与胶质细胞接触区域的分布具有差异。

CRB1 患者类器官能够产生主要细胞层,但局部外界膜结构出现中断,也可见感光细胞标志阳性细胞位置异常。载体比较则在健康背景的类器官中开展。

在同一培养阶段比较 3 种 AAV 载体

团队比较 AAV9、AAV5 和 ShH10Y445F,主要采用 CMV 启动子驱动绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP),另设置 ShH10Y445F 搭配 RLBP1 启动子的条件。后者用于更有选择地观察胶质细胞表达。

类器官培养约 220 天后接受载体,每 2 个类器官加入总计 10¹⁰个基因组拷贝,14 天后分析。试验包含 2 次独立分化,每种载体分析 3–4 个类器官。

在相同成像设置下,AAV5 和两种 ShH10Y445F 条件的 GFP 阳性细胞比例及荧光信号高于 AAV9。信号主要位于内层,并与 Müller 胶质细胞标志共定位。

感光细胞标志与 GFP 偶尔共定位。类器官中的主要递送反应因此集中在胶质细胞;成人视网膜的实验进一步检验载体在组织中的表现。

成人离体视网膜增加感光细胞参照

研究先用离体组织滴定载体剂量,再在 3 名成人供者的视网膜中,以 3×10¹⁰个基因组拷贝比较 3 种载体。每名供者分析 10 幅图像,并分别统计总细胞表达及不同核层的表达。

总 GFP 阳性比例的比较中,AAV5 为 14%±5%,AAV9 为 3%±1%。外核层的分析则分别得到 AAV5 为 11%±3%、ShH10Y445F 为 5%±1%、AAV9 为 3%±1%。这两组数值对应不同的分析范围。

成人组织中既可见感光细胞表达,也可见 Müller 胶质细胞表达。与类器官相比,成人组织的感光细胞转导更明显。

研究还观察到,保留完整感光细胞内外节的区域更容易出现载体表达。作者据此提出,感光细胞内外节可能影响 AAV 颗粒进入,这一观察把递送表现与组织状态联系起来。

两种人源模型补充不同的递送信息

类器官可以在固定培养阶段比较载体、启动子和细胞类型,离体成人组织则提供更完整感光细胞结构的参照。同一载体在这两类体系中的目标细胞分布有明显区别。

本研究的递送终点是 GFP 表达、阳性细胞比例和细胞类型定位。患者类器官的 CRB 结构观察与健康类器官的 AAV 测试属于两组实验,分别支持疾病建模和载体选择。

来源与延伸阅读

  1. Human iPSC-Derived Retinas Recapitulate the Fetal CRB1 CRB2 Complex Formation and Demonstrate that Photoreceptors and Müller Glia Are Targets of AAV5. Stem Cell Reports (2019). ↗

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