人视网膜组织分层的苏木精–伊红染色显微图像。
人视网膜组织分层的苏木精–伊红染色显微图像。(Librepath / Wikimedia Commons;CC BY-SA 3.0)

微孔融合让血管和免疫细胞进入视网膜模型

常规视网膜类器官缺少血管和驻留免疫细胞,限制了对血管病变及治疗干预的研究。暨南大学(Jinan University)、香港中文大学(The Chinese University of Hong Kong)等团队在 Science Advances 报告,用聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)微孔把人源血管类器官与视网膜类器官融合,建立同时含血管结构和小胶质细胞的模型。

研究使用 3 条独立诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)系。融合时,将第 60 天的视网膜类器官置于第 5 天血管类器官上方,约 1 周后逐渐融合,再转入低黏附培养板长期培养。微孔用于定位和融合,随后进行静态共培养。

PDMS 微孔还用于减少血管类器官大小的波动。主文报告,直径变异系数在 PDMS 微孔约为 11.98,在普通 6 孔板约为 39.65;与 96 孔 V 底板约 7.32 相比则无显著差异。选择 PDMS 平台的另一原因,是其较浅的微孔便于在显微镜下调整融合位置。

共培养 30 天后,融合模型中央可见 CD31 阳性管状结构,外有周细胞。10 个类器官中每个测量 2–4 条血管,直径为 6.36±1.51 μm。单独培养的视网膜类器官未见相应血管结构。共培养 120 天、即视网膜发育总计 180 天时,模型仍保留血管和视杆、视锥细胞。

抑制剂对照确认血管类器官中的小胶质细胞

团队先在血管类器官中检查小胶质细胞身份。第 23 天加入 2 μM 集落刺激因子 1 受体抑制剂 PLX5622,处理 7 天后,IBA1 阳性细胞密度由二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide,DMSO)对照的 531.5±167.0 个/mm²降至 22.15±7.98 个/mm²;图注标示的样本量为 6–9 个类器官。

血管类器官接受脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)刺激后,TNF-α、IL-8 及 AIF1 表达上升;PLX5622 处理组的 TNF-α和 IL-8 表达较低,支持小胶质细胞参与这一炎症反应。另一项有无 VEGF-A 的比较中,两组都出现小胶质细胞,AIF1 表达差异不显著,说明在本研究条件下,两组都能形成小胶质细胞。

PLX5622 在这里作为模型组分验证的药理对照,帮助确认血管类器官中的小胶质细胞及其对炎症反应的贡献。融合后的视网膜模型另行接受炎症刺激,用于检查加入血管与免疫组分后的反应。

融合后的模型同时上调促炎与抗炎标志

融合后,小胶质细胞从血管类器官迁入视网膜模型,呈现分支形态。第 90 天的融合模型与单独视网膜类器官接受相同 LPS 刺激 72 小时后,融合模型的 TNF-α、IL-8 等促炎基因,以及 IL-10、IL-13 等抗炎基因表达更高,显示加入免疫组分后能检测到不同的炎症反应。

转录组比较也支持模型组分发生变化:共培养 30 天的融合模型相对单独视网膜类器官,有 736 个基因上调、102 个下调,血管生成和免疫反应相关过程富集。解释这类整体表达差异时,也需要考虑新增细胞组分的影响,并结合具体细胞和功能指标。

屏障结构已经出现,通透功能仍待检验

融合模型的血管结构表达紧密连接蛋白 Claudin-5,不表达血管窗孔标志 PLVAP;周细胞和小胶质细胞也分布在血管周围。在 7 个类器官的荧光定量中,融合模型的 Claudin-5 信号高于血管类器官。这些结果支持其具有类似内血–视网膜屏障的细胞组成和结构。

本文尚未测量屏障通透性,也没有证明血管能承担灌流。作者把灌流培养列为后续工作。因此,该模型当前的价值,是把视网膜、血管和免疫组分放到同一体系,为后续血管病变和治疗干预研究提供更完整的观察对象。

来源与延伸阅读

  1. Generation of vascularized retinal organoids containing microglia based on a PDMS microwell platform. Science Advances. 2025. doi:10.1126/sciadv.ady6410 ↗