Nature:重大突破!科學家利用人類iPS細胞重建眼部角膜組織功能

2020-11-30 生物谷

圖片摘自：webeye.ophth.uiowa.edu

2016年7月4日 訊 /生物谷BIOON/ --近日，刊登於國際雜誌Nature上的一項研究報告中，來自大阪大學醫學院的科學家們通過研究開發了一種2D培養系統，該系統可以通過促進人類誘導多能幹細胞（iPS細胞）的自發分化來模擬整個眼睛的發育過程。

過去研究中，研究者僅僅描述了一種特殊技術可以產生眼睛後部分，即視網膜、視網膜色素上皮細胞等；而本文中研究者開發的這種新技術能夠同時產生眼睛的前部分（角質層和晶狀體等）和後部分（視網膜和視網膜色素上皮細胞等），而這項研究發現屬世界首次。

嚴重的角膜上皮疾病往往會導致失明，科學家們常常利用供體的角膜來對患者進行角膜移植，但如今這種療法由於供體的缺少以及排斥反應的產生不斷受阻，而患者的治療或會面臨多種阻礙。過去科學家們沒有開發出新技術來誘導人類iPS細胞分化成為角膜上皮細胞和離體細胞從而製造功能性的角膜上皮組織。

本文研究中，研究者開發的新型培養系統可以利用人類iPS細胞來產生一種2維的結構，這種結構是一種自發形成的外胚層多重區域（SEAM），其包括4個細胞的同心區；在發育期間組成眼睛的大部分群體細胞都是在SEAM的特殊位置形成的，比如角膜上皮細胞、視網膜細胞以及晶狀體的上皮細胞等。

本文研究中，研究者從SEAM的第三個區域中成功分離到了角膜上皮祖細胞，從而成功地製造出了功能性的角膜上皮組織。同時研究者通過將其移植到動物模型中進行研究，證實了人類iPS細胞形成的角膜上皮組織的治療效力。

相關研究結果或幫助科學家們利用人類iPS細胞來重建眼部的角膜上皮組織，而後期SEAM或可潛在地推動新技術的發展來重建眼部的角膜組織和其它部分，對於有效治療眼部疾病的患者或將是一大福利。（生物谷Bioon.com）

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Co-ordinated ocular development from human iPS cells and recovery of corneal function

Ryuhei Hayashi, Yuki Ishikawa, Yuzuru Sasamoto, Ryosuke Katori, Naoki Nomura, Tatsuya Ichikawa, Saori Araki, Takeshi Soma, Satoshi Kawasaki, Kiyotoshi Sekiguchi, Andrew J. Quantock, Motokazu Tsujikawa & Kohji Nishida

 

The eye is a complex organ with highly specialized constituent tissues derived from different primordial cell lineages. The retina, for example, develops from neuroectoderm via the optic vesicle, the corneal epithelium is descended from surface ectoderm, while the iris and collagen-rich stroma of the cornea have a neural crest origin. Recent work with pluripotent stem cells in culture has revealed a previously under-appreciated level of intrinsic cellular self-organization, with a focus on the retina and retinal cells1, 2, 3, 4, 5. Moreover, we and others have demonstrated the in vitro induction of a corneal epithelial cell phenotype from pluripotent stem cells6, 7, 8, 9. These studies, however, have a single, tissue-specific focus and fail to reflect the complexity of whole eye development. Here we demonstrate the generation from human induced pluripotent stem cells of a self-formed ectodermal autonomous multi-zone (SEAM) of ocular cells. In some respects the concentric SEAM mimics whole-eye development because cell location within different zones is indicative of lineage, spanning the ocular surface ectoderm, lens, neuro-retina, and retinal pigment epithelium. It thus represents a promising resource for new and ongoing studies of ocular morphogenesis. The approach also has translational potential and to illustrate this we show that cells isolated from the ocular surface ectodermal zone of the SEAM can be sorted and expanded ex vivo to form a corneal epithelium that recovers function in an experimentally induced animal model of corneal blindness.

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