Nature子刊发布干细胞再生医学重大突破

　　来自霍普金斯大学的研究人员称，利用一种人类干细胞他们在实验室中构建出了三维人类视网膜组织，特别是其中包含有能够对光做出反应的功能性感光细胞。

　　

生物通报道  来自霍普金斯大学的研究人员称，利用一种人类干细胞他们在实验室中构建出了三维人类视网膜组织，特别是其中包含有能够对光做出反应的功能性感光细胞。

研究的领导者、约翰霍普金斯大学眼科学助理教授M. Valeria Canto-Soler博士说：“我们实际上是在培养皿中构建出了一个微型的人类视网膜，其不仅具有视网膜的架构组织，还具有感光能力。这项发表在6月10日《自然通讯》（Nature Communications）杂志上的研究工作，不仅增加了开展挽救视觉研究的机会，还有可能最终促成一些技术来恢复罹患视网膜疾病的人们的视力（延伸阅读：新生代技术令小鼠重见光明 ）。”

像体内的许多过程一样，视觉依赖于许多不同类型的细胞协同作用，将光线转变为能够被大脑识别的图像。Canto-Soler谨慎地表示，感光细胞只是复杂的眼-脑视觉过程中故事的一个组成部分。“我们实验室的视网膜是否能够生成大脑可以解读为图像的视觉信号？或许不能，但这是一个好的开始。”

研究人员认为，通过人类诱导多能干(iPS)细胞实验获得的这一成果，最终有可能促成遗传工程视网膜细胞移植物，终止或是逆转患者的失明进程。

iPS细胞是通过遗传方法重编程至最原始状态的一类成体细胞。在一定的条件下，它们可以发育为人体全部的200种细胞类型或是其中的大多数。在这里，约翰霍普金斯大学研究小组将它们转变为了注定形成感光视网膜组织的视网膜祖细胞。

Canto-Soler实验室博士后研究人员钟秀风（Xiufeng Zhong，音译）博士说，利用开发的一种简单易行的技术来促进视网膜祖细胞生长，Canto-Soler和她的研究小组在培养皿中看到了视网膜细胞以及随后生长的组织。她说，这种生长与子宫中人类胎儿视网膜发育的时序和持续时间相对应。并且，感光细胞非常成熟，发育形成了发挥功能必须的结构——感光细胞外节段。

视网膜组织非常复杂，由7种主要的细胞类型构成，包含6种神经元，所有细胞组织形成特异的细胞层来吸收和处理光线，“看到”并将这些视觉信号传送到大脑进行解读。实验室培育的视网膜重建出了人类视网膜三维结构。Canto-Soler说：“我们知道如果我们想要再现视网膜的功能特征，3D细胞结构是必要的条件。但当我们开始这项工作时，我们并不认为干细胞能够自身构建出几乎整个视网膜。在我们的系统中，不知何故细胞知道该做些什么。”

当视网膜组织处在相当于子宫中发育28周这一阶段时，具有相当成熟的感光细胞，研究人员对这些微型视网膜进行了检测，看这些感光细胞事实上能否感受光线，并将其转换为视觉信号。

他们将电极放置在单个感光细胞中，给予细胞光脉冲，发现感光细胞以一种生物化学模式做出了反应，与暴露于光线下人们眼中的感光细胞行为相似。

特别是，实验室培育的感光细胞以与视杆细胞同样的方式对光做出反应。人类视网膜包含两种主要的感光细胞类型称作为视杆细胞和视锥细胞。绝大多数的人类感光细胞是视杆细胞，其实现了昏暗视觉。该研究小组培育的视网膜也是以视杆细胞为主。

Canto-Soler说，新开发的系统赋予了他们为受累于视网膜色素病变的患者一次直接生成成百上千微型视网膜的能力。这为在人类组织中直接研究视网膜疾病的病因提供了一个独特的生物系统，而不再依赖于动物模型。

她说，这一系统也为个体化医疗，例如测试一些药物以患者特异性的方式治疗这些疾病开启了许多可能。从长远来看，还有可能利用实验室培育的材料替代病变或死亡的视网膜组织来恢复视力。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Generation of three-dimensional retinal tissue with functional photoreceptors from human iPSCs

Many forms of blindness result from the dysfunction or loss of retinal photoreceptors. Induced pluripotent stem cells (iPSCs) hold great potential for the modelling of these diseases or as potential therapeutic agents. However, to fulfill this promise, a remaining challenge is to induce human iPSC to recreate in vitro key structural and functional features of the native retina, in particular the presence of photoreceptors with outer-segment discs and light sensitivity. Here we report that hiPSC can, in a highly autonomous manner, recapitulate spatiotemporally each of the main steps of retinal development observed in vivo and form three-dimensional retinal cups that contain all major retinal cell types arranged in their proper layers. Moreover, the photoreceptors in our hiPSC-derived retinal tissue achieve advanced maturation, showing the beginning of outer-segment disc formation and photosensitivity. This success brings us one step closer to the anticipated use of hiPSC for disease modelling and open possibilities for future therapies.