5 个细胞系的分化速度与视网膜细胞组成不同
英国纽卡斯尔大学(Newcastle University)等团队在 Stem Cells 报道了可产生光响应的人源视网膜类器官,并用莫西沙星检验其毒性检测能力。研究同时比较细胞系、培养形式和营养条件,说明进入药物实验前,模型本身仍需要逐项检查。
研究使用人诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC),包括 3 个健康供者来源细胞系,以及年龄相关性黄斑变性、视网膜色素变性各 1 个来源细胞系。模型可形成神经视网膜、视网膜色素上皮(retinal pigment epithelium,RPE),或两者同时存在的结构。
不同细胞系的发育进度并不相同。第 35 天,WT1 和 WT2 更容易形成神经视网膜,WT3 和黄斑变性来源细胞系的 RPE 标志 MITF 表达较高,但当时 5 个细胞系都尚未见到 RPE 结构。到第 150 天,模型可形成分层结构,光感受器、神经节细胞与 RPE 相关表达仍有差异。健康来源细胞系之间也存在这些差异。
第 150 天的免疫染色显示,光感受器多位于外侧,神经节细胞及无长突细胞位于较内侧,另可检测到双极细胞和 Müller 胶质细胞相关标志。光感受器还出现连接纤毛及外节样结构,为观察不同视网膜细胞对处理的反应提供了组织背景。

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96 孔单个培养可支持长期培养与功能测量
为适配自动化与药物检测,团队把 WT1 和 WT2 类器官保留在 96 孔板中,每孔 1 个,另与 6 孔板中多个类器官共同培养比较。到第 150 天,单个培养更容易形成含 RPE 的结构,神经节细胞标志也较高;多数光感受器标志与光响应则没有显著差异。
高密度多电极阵列记录显示,光刺激可使部分神经节细胞样细胞的放电增加或减少。两种培养形式都有这种响应,但变化较缓慢,无法紧跟快速闪光;与幼龄小鼠视网膜相比,类器官的光响应较弱。
团队还用环鸟苷酸类似物 8-br-cGMP 和 γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid,GABA)检查细胞活动。部分细胞对这些刺激产生放电变化,提示类器官已有初步功能性回路。上述检测分别反映组织中的光传递与神经活动,而细胞类型和成熟程度仍影响响应。
莫西沙星引起损伤释放与凋亡标志增加
毒性验证使用健康来源 WT2 的第 150 天类器官。莫西沙星以 50、100、300、700 和 1000 μg/mL 处理 24 小时,再结合形态、培养液乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)与相关基因检查损伤。
在 100 μg/mL 条件下,光感受器所在外侧区域及邻近的内核层样区域出现空隙。培养液 LDH 随浓度升高而增加,提示细胞膜损伤增强;100 和 300 μg/mL 处理后,表达 caspase-3 的细胞也更多。
作者指出,300 μg/mL 及以上对基因表达的影响更明显,更高浓度还可能导致类器官结构破坏和可回收 RNA 减少。因此,该实验把形态、损伤释放、凋亡相关标志和细胞类型标志一起用于判断药物影响。
光感受器与无长突细胞标志下降,RPE 标志未变
基因检测显示,光感受器前体标志 RCVRN、CRX 以及无长突细胞标志 AP2-α 下降,DNA 损伤相关标志 DR5 和 p21 上升。RPE 标志 MITF 未发生变化,说明此次处理对不同细胞组分的影响并不一致。
双极细胞、水平细胞、神经节细胞与 Müller 胶质细胞的部分标志反而升高。作者认为,这可能是光感受器和无长突细胞减少后,类器官细胞组成发生变化所致。研究据多种检测把主要受影响的细胞归为光感受器和无长突细胞。
分泌蛋白比较采用 100 μM 莫西沙星,并设置未处理对照。结果显示,色素上皮衍生因子(pigment epithelium-derived factor,PEDF)与补体 C3 增加,处理后也检出巨噬细胞迁移抑制因子(macrophage migration inhibitory factor,MIF)。作者据此提出,其他视网膜细胞层的应激反应可能加重光感受器损伤。作者也把模型较高的药物敏感性与发育阶段联系起来:iPSC 视网膜类器官的细胞组成与转录特征更接近胎儿视网膜。