药物筛选先确定病变发生的位置
美国 Lineage Cell Therapeutics 公司的 Ratnesh K. Singh 和 Igor O. Nasonkin 于 2020 年在 Frontiers in Cellular Neuroscience 发表综述,分析人多能干细胞来源视网膜组织如何支持药物发现。文章重点是把疾病发生的位置,与类器官实际保留的细胞及其相互作用对应起来。
视网膜色素上皮(retinal pigment epithelium,RPE)与光感受器紧密相邻,参与营养供应、光感受器外节维护和视循环。文中讨论的类器官通常只有局部色素上皮斑块,尚缺少包围神经视网膜的连续 RPE 层。
作者据此区分了两类问题:一种主要发生在光感受器内部或连接纤毛;另一种依赖光感受器外节与 RPE 之间的长期相互作用。药物实验应先明确目标病变属于哪一种过程,再判断模型能否重现。
细胞内部和纤毛异常可提供药物研究对象
连接纤毛为光感受器向外节输送蛋白提供通路。综述介绍的部分患者类器官,能呈现纤毛、细胞形态或蛋白定位异常。作者认为,研究这些病变时,对光感受器与 RPE 顶端微绒毛相互作用的依赖相对较小。
例如,综述援引一项来自 RP2 基因无义变异患者的三维视杯研究。研究者观察到纤毛相关蛋白定位异常,并用终止密码子通读药物纠正细胞缺陷。这个例子把患者来源模型中的特定异常,与可测试的药物作用联系起来。
另一个例子是携带 RHO 变异的患者模型,其光感受器出现内质网应激。作者把这类发生于细胞内部的变化,与外节和 RPE 共同维持的功能分开讨论。这些例子为选择蛋白定位、纤毛或细胞应激等药物评价指标提供了具体疾病依据。
外节更新与视循环需要 RPE 参与
光感受器外节含有参与光感受的膜盘。RPE 顶端微绒毛与外节相接,支持外节结构;脱落的膜盘由 RPE 吞噬,视觉色素相关物质也在两者之间循环。物质运输、膜盘更新和视循环分别构成模型功能的一部分。
在作者讨论的长期类器官培养中,光感受器可以形成纤毛和较短的外节样结构,但膜盘数量、排列与持续更新仍受到限制。若药物问题涉及这些过程,模型就需要保留 RPE 与光感受器的相互作用,并提供相应功能证据。
RPE 还需要形成顶端与基底的细胞极性,使顶端微绒毛朝向光感受器外节。综述将这种空间关系与外节维护相连,强调在相应疾病模型中恢复 RPE 对光感受器外节持续的结构支持与物质交换;色素上皮标志、外节形态与组织互作分别提供不同信息。

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培养中目标细胞的存活影响药物评价
综述还指出,视网膜神经节细胞在类器官成熟过程中可能逐渐减少。它们缺少正常的脑内连接靶点,内层其他神经细胞也可能随长期培养丢失;这使青光眼等疾病的药物模型面临另一类限制。
氧和营养供应同样受到组织大小、形状与分层的影响。作者描述,较老类器官中光感受器仍可存活,而靠近核心的内层细胞逐渐减少。较长的培养时间,应结合目标细胞是否保留及其功能状态一起解释。
不同细胞系和培养方式还会改变类器官大小、光感受器密度与分层。筛选同一类药物时,需要确认各批次呈现的是可比较的模型状态,再解释处理组与对照组的差异。
共培养设计应服务于具体疾病过程
作为 2020 年综述提出的研究方向,作者建议将光感受器组织与 RPE 片层共同培养,重点恢复顶端微绒毛接触、外节维护和组织间物质交换。针对神经节细胞的问题,视网膜与脑组织组合则关注神经连接;血管相关设计主要用于改善氧和营养供应。