分化方案可以改善黄斑变性干细胞治疗

随着年龄的增长，我们的眼睛也在衰老;最常见的是视力的改变和新眼镜，但还有更严重的与年龄有关的眼部问题。其中一种是老年性黄斑变性，它会影响黄斑——眼睛的后部，它赋予我们敏锐的视力和分辨细节的能力。其结果是我们视野的中心部分模糊。

黄斑是眼睛视网膜的一部分，视网膜是光敏组织，主要由眼睛的视觉细胞:视锥细胞和视杆细胞组成。视网膜还含有一层称为视网膜色素上皮(RPE)，它有几个重要的功能，包括光吸收、清理细胞废物和保持眼睛其他细胞的健康。

RPE的细胞也滋养和维持眼睛的感光细胞，这就是为什么最有前途的治疗老年性黄斑变性的策略之一是用人类胚胎干细胞培养的新RPE细胞取代老化退化的RPE细胞。

科学家们已经提出了几种将干细胞转化为RPE的方法，但对于细胞如何随着时间的推移对这些刺激做出反应，我们的知识仍然存在差距。例如，一些协议需要几个月的时间，而其他协议可能需要一年。然而，科学家们并不清楚在这段时间里到底发生了什么。

混合细胞群

EPFL生命科学独立研究(ELISIR)项目的研究员Gioele La Manno博士说:“临床试验提出的任何分化方案都没有在单细胞水平上经过长期的仔细研究——我们知道它们可以制造视网膜色素细胞，但细胞如何进化到这种状态仍然是一个谜。”

他补充称:“总体而言，该领域过于关注差异化的产物，有时忽视了所采取的路径。”“为了使该领域向前发展，了解这些协议中发生的动态方面是很重要的。成熟的过程可能与最终状态一样重要，例如对于治疗的安全性或提高细胞纯度和缩短生产时间。”

追踪干细胞成长为RPE细胞的过程

拉曼诺现在与瑞典卡罗林斯卡研究所的弗雷德里克·兰纳教授一起领导了一项研究，分析了一种将人类胚胎干细胞分化为RPE细胞的方案，该方案实际用于临床应用。他们的工作表明，该方案可以开发安全有效的多能干细胞治疗老年性黄斑变性。这项研究发表在本月的杂志封面上干细胞报告．

该研究的主要作者之一、EPFL的博士生亚历克斯·莱德勒(Alex Lederer)说:“定量PCR和散装RNA-seq等标准方法可以从大量细胞中捕获rna的平均表达。”“在混合细胞群体中，这些测量可能会掩盖单个细胞之间的关键差异，而这些差异对于了解这个过程是否正确展开很重要。”相反，研究人员使用了一种称为单细胞RNA测序(scRNA-seq)的技术，该技术可以在给定时间检测单个细胞中的所有活性基因。

看看中间状态

使用scRNA-seq，研究人员能够研究个体人类胚胎干细胞在整个分化过程中的整个基因表达谱，这总共需要60天。这使得他们能够在一个群体中绘制出它们成长为视网膜色素细胞时的所有短暂状态，而且还可以优化协议并抑制非rpe细胞的生长，从而防止污染细胞群体的形成。Lederer说:“目的是防止移植时细胞群混合，并确保终点的细胞与患者眼睛中的原始RPE细胞相似。”

他们发现，干细胞在变成RPE细胞的过程中，经历了一个与早期胚胎发育非常相似的过程。在此期间，细胞培养开始了“吻侧胚胎模式”，这一过程发育了胚胎的神经管，这将继续成为它的大脑和视觉、听觉和味觉的感觉系统。在这种模式之后，干细胞开始成熟为RPE细胞。

眼对眼:在动物模型中移植RPE细胞

但分化方案的重点是产生一个纯RPE细胞群，可以植入患者的视网膜，以减缓黄斑变性。因此，研究小组将他们用scRNA-seq监测的细胞群移植到两只雌性新西兰白化兔的视网膜下间隙中，这是该领域的科学家所说的“大眼睛动物模型”。该手术得到了北斯德哥尔摩动物实验伦理委员会的批准。

这项工作表明，该方案不仅产生了纯RPE细胞群，而且这些细胞即使在移植到视网膜下空间后也可以继续成熟。Fredrik Lanner博士说:“我们的工作表明，分化方案可以为年龄相关性黄斑变性开发安全有效的多能干细胞疗法。”他目前正在确保该方案能够很快应用于临床。

参考:裴德龙，李德龙，Baqué-Vidal，等。干细胞来源的视网膜色素上皮细胞分化的分子分析建立临床翻译。干细胞代表．2022; 17(6): 1458 - 1475。doi:10.1016 / j.stemcr.2022.05.005

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