同一细胞系平行比较培养条件
用于眼病和治疗开发的人源视网膜类器官,往往采用不同培养补充物。法国蒙彼利埃神经科学研究所(Institute for Neurosciences of Montpellier)等团队在 Stem Cell Research & Therapy 比较同一人诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)背景下的培养方案,跟踪到第 225 天,检查这些差异如何改变模型。
主要比较的方案 2 和方案 3 在早期相同,随后方案 3 增加牛磺酸、视黄酸(retinoic acid,RA)和 N-2 补充物,并调整不含维生素 A 补充剂的切换时间。RA 以 1 μM 从第 65 天加入,到第 120 天移除。各方案至少完成 5 次分化,多个补充条件的总比较与 RA 单独影响分别判断。
研究结合基因表达、免疫染色、明场形态、电子显微镜与完整类器官三维成像,分别检查细胞类型、外核层和表面光感受器结构。外核层(outer nuclear layer,ONL)是光感受器细胞体集中的区域。
含 RA 方案早期较慢,后期外核层保留更好
不含额外补充条件的方案 2 较早出现表面刷状边缘,反映光感受器内节与外节样结构。第 150 天,其刷状边缘平均长度为 44.0 μm,方案 3 为 23.1 μm,分别测量 47 和 60 个类器官。
到第 225 天,方案 2 刷状边缘仍略长,但外核层较薄:方案 2 为 47.3 μm、方案 3 为 54.2 μm,对应 29 和 67 个类器官。方案 3 细胞核排列更紧密,而方案 2 后期的层次完整性下降。早期表面结构出现更快,与后期组织保存较好并不是同一个结果。
基因时程也显示,加入 RA 后,部分光感受器及视锥标志的表达进度改变。研究据这些时间变化提出,RA 会延缓部分早期分化过程,同时改变较长期的光感受器组成。
去除 RA 的直接对照检验杆锥组成变化
为区分 RA 与其他补充物的作用,团队在方案 3 基础上另设去除 RA 组。该组更早形成表面刷状边缘;第 225 天外核层排列较疏松,视锥标志 arrestin 的相对荧光面积更大。视杆标志 rhodopsin 的相对面积则没有显著差异。
按归一化 rhodopsin 和 arrestin 荧光面积推算,含 RA 组的视杆、视锥相关比例约为 78.6% 和 21.4%,去 RA 组约为 54.3% 和 45.7%。图像定量每个条件分析 3 个类器官;这些组成估计由标志面积得到,视杆、视锥不同的长度和形态会影响这一估算。
方案 2 与 3 的另一比较也显示,在第 225 天,方案 3 偏向视杆相关组成。NR2E3 标志相对面积没有显著变化,说明不同标志并不都出现一致的定量差异。研究把标志、形态与组织排列并列使用。

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结构、表达与发育阶段共同决定模型状态
第 180 天的电镜检查显示,两种方案都有连接纤毛和原始外节样结构,但方案 3 的外核层更有序。第 225 天的共聚焦和双光子成像进一步显示,方案 3 视杆排列更规则,部分外节样结构伸出视锥层;方案 2 的视杆分布更不均匀。
不同检测之间也存在差别:较晚阶段,方案 2 的 RHO 转录表达较高,但方案 3 的蛋白标志及组织形态更支持视杆相关组成。作者提出,基因检测时混合类器官的成熟度不一,可能参与这一差异;原因仍未完全确定。
作者据此把 RA 的影响放在整个发育过程内理解:它改变早期速度,也影响后期组织结构。针对不同眼病或治疗开发目的,视杆与视锥组成、培养阶段及外核层完整性需要一起选择;仅比较单个时间点的分化速度会遗漏后期变化。