视网膜细胞分层及水平细胞、无长突细胞位置的示意图。
视网膜细胞分层及水平细胞、无长突细胞位置的示意图。(来源:Cristiane Tilelli,Wikimedia Commons,CC BY-SA 4.0)(Cristiane Tilelli / Wikimedia Commons;CC BY-SA 4.0)

类器官可放在二维初筛之后

美国科罗拉多大学(University of Colorado)医学院团队在 2019 年首次上线的综述中讨论人诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)来源视网膜类器官的药物开发用途。作者建议,把它们安排在二维初筛之后的复核与候选验证阶段,再与后续动物研究衔接。

三维模型能够呈现多种细胞及其分层关系,但当时难以承担药物发现起步阶段所需的大规模通量。培养时间、人工处理和成本共同影响筛选规模。

三维测量需要同时考虑空间和细胞组成

二维培养通常更容易观察整个测试群体。视网膜类器官的三维结构和多细胞组成,则要求测量考虑成像焦面与分辨率、染料或光的穿透、药物扩散,以及不同细胞对总信号的贡献。

综述介绍了三维荧光定量与 JC-1 线粒体状态指标的可行性案例,也讨论发光、成像和电活动检测。依赖细胞裂解的总量检测反映整个组织的反应,具体细胞类型的变化仍需更有针对性的测量。

作者建议区分独立细胞克隆与技术重复,纳入剂量响应和阳性、阴性对照,并用 Z′ 因子或严格标准化均值差等指标报告筛选质量。

发育阶段与缺失结构限制疾病解释

视网膜类器官仍属于发育中的组织,对晚发疾病的解释受到成熟度和衰老特征不足的限制。随着感光细胞更成熟,内层细胞又可能退化;研究所需的成熟度和完整细胞组成因此需要同时评价。

缺少血管和炎症相关细胞,会限制涉及血管损伤的疾病模型;视网膜色素上皮与视网膜的相互作用不足,也影响相应疾病的再现。作者认为,补充这些结构的模型更可能先用于候选验证。

研究周期与成本影响筛选阶段选择

形成相对成熟的分层视网膜往往需要数月,人工操作和培养支出进一步增加成本。综述因此把类器官用于初筛后的复核与验证,视为当时更现实的应用位置。

来源与延伸阅读

  1. Aasen DM, Vergara MN. New Drug Discovery Paradigms for Retinal Diseases: A Focus on Retinal Organoids. Journal of Ocular Pharmacology and Therapeutics. 2020. DOI: 10.1089/jop.2018.0140 ↗