Summary
このプロトコルは、接着培養システムと浮遊培養システムの両方を含む簡略化された培養条件を使用して、hiPS細胞を眼野クラスターに分化させ、神経網膜オルガノイドを生成する効率的な方法について説明しています。RPEや角膜上皮などの他の眼細胞タイプも、網膜培養の成熟眼野から単離することができます。
Abstract
多能性幹細胞は、in vitro疾患モデリング研究や再生医療の開発に役立つ複雑な組織オルガノイドを生成することができます。このプロトコルは、網膜分化の最初の4週間から明確な自己組織化された眼野原始クラスター(EFP)の出現までの間に、付着性単層培養からなるハイブリッド培養システムで網膜オルガノイドを生成する、より簡単で堅牢かつ段階的な方法について説明しています。さらに、各EFP内のドーナツ型、円形、および半透明の神経網膜島を手作業でピックし、網膜分化培地中の非付着培養皿を使用して懸濁下で1〜2週間培養して、多層3D光学カップ(OC-1M)を生成します。これらの未熟な網膜オルガノイドには、PAX6+およびChX10+が増殖する多能性網膜前駆体が含まれています。前駆細胞はオルガノイド内で直線的に自己組織化しており、明確な放射状の縞模様として現れます。浮遊培養後4週間で、網膜前駆細胞は有糸分裂後停止および系統分化を経て、成熟網膜オルガノイド(OC-2M)を形成します。光受容体系統コミット前駆体は、網膜オルガノイドの最外層内に発達する。これらのCRX+およびRCVRN+光受容体細胞は、形態学的に成熟し、内部セグメントのような伸長を示します。この方法は、ヒト胚性幹細胞(hESC)および人工多能性幹細胞(iPSC)を用いた網膜オルガノイドの作製に採用できます。すべてのステップと手順は、再現性を確保し、基礎科学およびトランスレーショナルリサーチにおけるより広いアプリケーションのために明確に説明および実証されています。
Introduction
網膜は脊椎動物の目の後ろに存在する光感受性組織であり、光伝達経路として知られる生化学的現象によって光信号を神経インパルスに変換します。網膜の視細胞で生成された最初の神経インパルスは、他の網膜介在ニューロンと網膜神経節細胞(RGC)に形質導入され、脳の視覚野に到達し、画像知覚と視覚反応に役立ちます。
世界保健機関(WHO)によると、推定150万人の子供が失明しており、そのうち100万人がアジアにいます。遺伝性網膜ジストロフィー(IRD)は、世界中の4,000人に1人が罹患する主要な失明性疾患ですが1,2,3、加齢黄斑変性症(AMD)に関連する失明の有病率は、発展途上国では0.6%〜1.1%の範囲です4。IRDは、網膜の発生と機能に関与する300以上の異なる遺伝子の遺伝性遺伝的欠陥によって引き起こされます5。このような遺伝的変化は、正常な網膜機能の破壊と網膜細胞、すなわち光受容体細胞と網膜色素上皮(RPE)の段階的な変性をもたらし、したがって重度の視力喪失と失明につながります。角膜、水晶体などを含む他の失明状態では大きな進歩が見られました。しかし、網膜ジストロフィーと視神経萎縮症は、これまでに証明された治療法を持っていません。成人のヒト網膜には幹細胞がないため6、胚性幹細胞(ESC)や患者由来の人工多能性幹細胞(iPSC)などの代替ソースは、目的の細胞タイプを無制限に供給でき、in vitro疾患モデリング研究や再生療法の開発に必要な複雑な組織オルガノイドの開発に大きな期待を寄せています7。8,9,10。
数年の網膜研究により、初期の網膜発生を調整する分子イベントの理解が深まりました。PSCから網膜細胞と3Dオルガノイドを生成するためのほとんどのプロトコルは、成長因子と低分子の複雑なカクテルで細胞を培養して既知の生物学的プロセスを段階的に調節することにより、これらの発生イベントをin vitroで再現することを目的としています。このようにして生成された網膜オルガノイドは、主要な網膜細胞、すなわち網膜神経節細胞(RGC)、介在ニューロン、光受容体、および網膜色素性上皮(RPE)で構成されています11,12,13,14,15,16,17,18,19.網膜オルガノイドを用いたIRDのモデリングは成功しているが、分化中の成長因子と低分子の複雑なカクテルの必要性と網膜オルガノイド生成の比較的低い効率は、ほとんどのプロトコルで大きな課題となっている。それらは主に胚様体の形成とそれに続くin vitro発生の異なる段階での複雑な培養条件を使用した網膜系統への段階的な分化を含む20,21,22。
ここでは、健常対照および網膜疾患特異的なhiPS細胞から複雑な3D神経-網膜オルガノイドを開発するための簡単で堅牢な方法が報告されています。ここで説明するプロトコルは、胚様体形成を必要とせずに、ほぼコンフルエントなhiPS細胞培養物の直接分化を利用します。また、培地の複雑さが簡素化され、新しい研究者が簡単に採用できる費用対効果と再現性の高い技術になります。これには、網膜分化の最初の4週間から明確な自己組織化された眼野原始クラスター(EFP)の出現までの付着性単層培養からなるハイブリッド培養システムが含まれます。さらに、各EFP内の円形の神経網膜島を手動でピックし、浮遊培養で1〜2週間増殖させて、PAX6+およびCHX10+増殖神経網膜前駆体からなる多層3D網膜カップまたはオルガノイドを調製します。100 μMタウリン含有培地中での網膜オルガノイドをさらに4週間延長培養すると、RCVRN+およびCRX+光受容体前駆体と、初歩的な内部セグメントのような伸長を有する成熟細胞が出現しました。
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Protocol
hiPS細胞を含むすべての実験は、標準的な実験室慣行、倫理的およびバイオセーフティガイドラインに準拠し、施設内倫理委員会(IEC)、幹細胞研究のための施設内委員会(IC-SCR)、および機関バイオセーフティ委員会(IBSC)などの規制機関の承認を得て、無菌的に実施されました。
1. iPS細胞培養液、網膜分化培地及び試薬の調製
- iPS細胞培養および維持培地
- マトリゲルコーティング(基底膜マトリックスコーティング;材料の表参照)培養プレート上で、正常なhiPSCライン23(hiPSC-F2-3F1)およびCRISPR編集したRB1-/-hiPSCライン(LVIP15-RB1-CS3、バイアレリック、ヒトRB1遺伝子のエクソン18内の10bpのフレームシフト欠失を伴う)をフィーダーフリー培養条件下で培養および維持する。
注:このプロトコルは、基底膜マトリックスを組換えビトロネクチン(VTN-N)コーティングに置き換えることで、完全にゼノフリーにすることができます。50xエッセンシャル8サプリメント(エッセンシャル8培地キットに付属、 材料の表を参照)と100 U / mLペニシリン-ストレプトマイシン溶液を加えて、完全なエッセンシャル8培地を準備します。あるいは、完全なmTeSR1培地を用いてヒプシア細胞を培養することもできます。
- マトリゲルコーティング(基底膜マトリックスコーティング;材料の表参照)培養プレート上で、正常なhiPSCライン23(hiPSC-F2-3F1)およびCRISPR編集したRB1-/-hiPSCライン(LVIP15-RB1-CS3、バイアレリック、ヒトRB1遺伝子のエクソン18内の10bpのフレームシフト欠失を伴う)をフィーダーフリー培養条件下で培養および維持する。
- 細胞解離溶液(1x CDS)
- ヒトiPS細胞の酵素フリー解離および継代のために、1xダルベッコリン酸緩衝生理食塩水(DPBS)中に0.5 mM EDTA、pH 8.0、および30 mM NaClを含むCDSを調製します(材料の表を参照)。
- 1x DPBSの99 mLに100 mLの0.5M EDTAと1 mLの3 M NaClストック溶液を加え、よく混合し、0.22 μmフィルターを使用してフィルター滅菌します。
- 分化誘導培地(DIM)
- 10%ノックアウト血清置換(KOSR)、1x非必須アミノ酸(NEAA)、2 mMグルタマックス、100 U / mLペニシリン-ストレプトマイシン、200 μM L-アスコルビン酸、および1%N2サプリメントを添加したDMEM-F12基礎培地を使用してDIMを調製します(材料の表を参照)。
- 網膜分化培地(RDM)
- 10%ノックアウト血清(KOSR)、1x非必須アミノ酸(NEAA)、2 mMグルタマックス、100 U / mLペニシリン-ストレプトマイシン、200 μM L-アスコルビン酸、および2%B27サプリメント(ビタミンAを含む)を添加したDMEM-F12基礎培地を使用してRDMを調製します( 材料の表を参照)。
- 細胞外マトリックスコーティングされた細胞培養表面
- hESC認定の基底膜マトリックスをアイスバケットで一晩解凍し、できれば4〜8°Cの冷蔵庫内で解凍します。 解凍した100倍マトリックスストック(5 mL)を氷冷したDMEM-F12基礎培地20 mLを加えて1:5の比率で希釈し、穏やかに旋回させて混合し、20倍のストック溶液を調製します。
- 事前に冷却したピペットチップと滅菌マイクロ遠心チューブを使用して、氷上で0.5 mLアリコートを調製します。バイアルに20倍のストックとしてラベルを付け、-80°Cの冷凍庫で最大6か月間冷凍して保管します。
- 細胞培養表面(培養皿または6ウェルプレート)をコーティングするには、氷上で20xマトリックスのアリコートを解凍し、氷冷DMEM-F12基礎培地を使用して1:20の比率で希釈して、100 mmディッシュまたは6ウェルプレート(1.5 mL/ウェル)をコーティングするのに十分な1xマトリックスコーティング溶液10 mLを調製します。
注意: マトリックス溶液を取り扱う前に、氷冷および滅菌DPBSを吸引して、ピペット/マイクロチップをプレチルします。マトリックスの解凍とすべての取り扱いは、室温での重合とゲル化を避けるために、事前に冷却されたピペット/マイクロチップを使用して、氷上で行う必要があります。 - 1.5 mLの1xマトリックスコーティング溶液を6ウェルプレートの各ウェルに加え、プレートを穏やかに回転させて均一なコーティングを確保し、5%CO2 インキュベーター内でプレートを37°Cでインキュベートします。プレートを乱さずに最低1時間放置し、培養表面にマトリックスを均一にコーティングします。
- 細胞を播種する前に、5 mLの滅菌ピペットを使用してコーティング溶液を吸引し、廃液を廃棄します。すぐに新鮮な培養培地(6ウェルプレートの2 mL /ウェル)を追加し、150,000〜200,000細胞/ウェルの密度で細胞を播種します。取り扱い中はプレートを乾かさないでください。
注:または、最終濃度0.5 μg/mLの組換えビトロネクチン(VTN-N)コーティングをゼノフリー培養プロトコルに使用できます。
- hESC認定の基底膜マトリックスをアイスバケットで一晩解凍し、できれば4〜8°Cの冷蔵庫内で解凍します。 解凍した100倍マトリックスストック(5 mL)を氷冷したDMEM-F12基礎培地20 mLを加えて1:5の比率で希釈し、穏やかに旋回させて混合し、20倍のストック溶液を調製します。
2. ヒトiPS細胞培養の確立
- ヒジプロニクスの解凍と復活
- 6ウェルプレートの1ウェルを1xメンブレンマトリックス溶液でコーティングします。37°Cで1時間インキュベートして、培養表面の重合と均一なコーティングを可能にします。
- 1時間のインキュベーション後、コーティング溶液を取り出し、細胞を復活させる前に、10 μMのRho-キナーゼ阻害剤Y-27632(1 μL/mLの10 mMストック; 材料の表を参照)を含む1 mLの予熱した完全なエッセンシャル8培地を追加します。
- 液体窒素容器からhiPSCクライオバイアルストック(1 x 106 セル/バイアル)を取り出します。クライオバイアルを37°Cの水浴中で、穏やかに旋回しながら素早く解凍します。
注意: バイアルを完全に解凍しないでください。通過番号を書き留め、バイアルを表面滅菌し、70%イソプロピルアルコールを含む糸くずの出ない綿棒を使用して拭いて乾かします。 - 滅菌済みの1 mLピペットチップを使用して、Y-27632を含まない2 mLの予熱された完全エッセンシャル8培地からなる新しい15 mLチューブにクライオバイアル内容物を吸引します。チューブを1,000 x g で室温で4分間遠心分離します。上澄み液を捨てる。
- 細胞ペレットを、10 μM Y-27632を含む1.0 mLの完全なエッセンシャル8培地に再懸濁します。
- このセル懸濁液を、壁に沿って分注することにより、マトリックスを乱すことなく、マトリックスコーティングされた表面に追加します。プレートを横方向に穏やかに揺り動かして、細胞の均一な分布を確保します。
- プレートを5%CO2 インキュベーター内で37°Cでインキュベートし、細胞が接着して増殖を開始できるようにします。
- 12〜24時間後、使用済み培地を交換し、Y-27632を含まない予熱した完全なエッセンシャル8培地で培養物を維持します。
- 培養液を24時間ごとに交換し、70%〜80%のコンフルエントに達したら培養液を継代します。
注:hiPSC培養では、1:6の分割比が日常的に行われ、3〜4日の定期的な間隔で継代されます。
- 網膜系譜分化を開始するためのhiPS細胞の継代およびプレーティング
- 使用済み培地を6ウェルプレート中の70%〜80%コンフルエントなヒトiPS細胞培養から吸引します。
- 各ウェルに1 mLのCDSを加え(ステップ1.2)、細胞が丸くなるまで37°Cで5〜7分間インキュベートします。細胞が剥離しないように注意しながらCDSを慎重に取り出し、新鮮なエッセンシャル8培地2 mLを加え、ピペットを使用して穏やかに粉砕します。
- 6細胞プレートの1ウェルから細胞懸濁液を15 mL遠沈管に回収し、チューブを1,000 x g で室温で4分間回転させます。上澄み液を捨てる。
- ステップ1.5の説明に従って、細胞ペレットを1.2 mLのエッセンシャル8培地に再懸濁し、10 μM Y-27632を含む1.5 mLのiPS細胞培養液を含むマトリックスコーティング6ウェルプレートの各ウェルに200 μLの細胞懸濁液200 μL(1:6分割比)を分注します。
- 12〜24時間後、使用済み培地を交換し、Y-27632を含まない予熱した完全なエッセンシャル8培地で培養物を維持します。
- 培養液が70%〜80%のコンフルエントに達するまで、24時間ごとに培地を交換します。
3. hiPS細胞の眼野と網膜系譜への分化
注:差別化プロセスの概略図 を図1に示します。
- hiPSC培養が70%〜80%のコンフルエントに達したら、分化手順を開始します。
- 0日目に、hiPSC維持培地を1 ng / mL bFGFと1 ng / mLノギンを含むDIMに変更します(ステップ1.3)。6ウェルプレートのウェルあたり2.0 mLの培地を加え、5%CO2 インキュベーター内で細胞を37°Cに維持します。
注:bFGFの段階的な離脱はPSCの分化を誘導し、初期段階でノギン(いくつかのBMPの阻害剤)の濃度の増加を加えると、外胚葉系譜の分化と神経化が誘導され11,12、中胚葉と内胚葉の関与がブロックされます。あるいは、ノギンをLDN193189に置き換えることもできます。以前に報告された二重SMAD阻害戦略とは異なり20,21、このプロトコルはアクチビンまたはSB-431542の追加を必要としません。 - 1日目に、使用済み培地を交換し、1 ng / mL bFGFと10 ng / mLノギンを含むDIMを追加します。6ウェルプレートのウェルあたり2.0 mLを追加します。細胞をインキュベートし、5%CO2 インキュベーター内で37°Cに維持する。
- 2〜3日目に、使用済みの培地を取り出し、10 ng / mLのノギンのみを含むDIMを追加します。6ウェルプレートのウェルあたり2.0 mLを追加し、24時間ごとに培地を交換します。細胞をインキュベートし、5%CO2 インキュベーター内で37°Cに維持する。
注:使用前に、必ず培地を30〜37°Cに予熱してください。過剰な浮遊物および死細胞は、早期分化培養において観察され得る。このような条件下で、培養物を1x DPBSで1回洗浄し、網膜分化培地を追加します。使用済み培地の無菌試験は、毎週または必要に応じて行うことができます。 - 4日目に、使用済みの培地を取り出し、RDMを追加します(ステップ1.4)。6ウェルプレートのウェルあたり2.0 mLを加え、毎日新鮮な培地を交換しながら、5%CO2 インキュベーター内で37°CのRDMで培養を維持します。
注:または、PSCを浮遊培養として1〜3日目から、非接着性および丸底の96ウェルプレートで、5 x 103 細胞/100 μL /ウェルの細胞密度で増殖させ、DIMで同一の培養条件下で胚様体(EB)を形成することもできます。 4日目の整形式のEBは、RDMを含むマトリックスコーティングプレートにプレーティングし、接着させることができます。 増殖し、以下のように分化する。 - 14〜18日目頃に、初期の眼野前駆細胞からなる神経ロゼット様ドメインの出現について、10倍の倍率で顕微鏡下で培養を観察します(図2B)。
- 約21〜28日目(3〜4週間)に、顕微鏡下で4倍および10倍の倍率で培養を観察し、神経上皮と眼表面上皮の連続した成長に囲まれた円形の3D神経網膜構造の中央島を持つ、自己組織化された明確なEFPの出現を観察します(図2C、D)。
注:通常のhiPSC網膜分化培養の6ウェルプレートのウェルあたり約20〜30個のEFPを観察できます。この数は、他の疾患特異的なhiPSC株と、その遺伝的背景および網膜系譜分化能に基づいて変化し得る。
4. 網膜オルガノイドの採取
- 網膜カップの手動ピッキングのためのガラスパスツールピペットの火炎引き。
注:オートクレーブ滅菌ガラスパスツールピペットを使用して、視野ピッキングを行います。- ブンゼンバーナーのスイッチを入れます。滅菌パスツールピペットを取り、片手でベースを持ち、もう片方の手でキャピラリーチップを持ちます。毛細管先端の中央付近の領域を、ガラスが柔軟になるまで回転運動で火炎滅菌して加熱します。次に、炎から離れてすばやく外側に引っ張って、閉じた内腔を持つ細かい毛細管先端を作成します。
- 細い先端を炎の前で水平に持ち、外側にすばやく炎に通して、滑らかなフックまたはL字型の毛細管先端を作成します。
- キャピラリーフックの滑らかな外側曲率ゾーンを細かいスクープとして使用して、無傷の神経網膜カップをEFPクラスターから静かに持ち上げて取り外します。
注:ガラスキャピラリーフックの滑らかな角度は、細胞に損傷を与えたり、培養表面に傷を付けたりすることはありません。このシンプルなツールは、個々のhiPSCコロニーをグリッドパターンで分割したり、クローン増殖中に小細胞クラスターとして継代したりするためにも効果的に使用できます。
- 3D網膜オルガノイドを生成するための網膜カップの培養と維持。
- 25〜30日目に、神経網膜カップの収穫の準備をする前に、4.0 mLの予熱した網膜分化培地を低付着性60 mmディッシュに追加します。
- 0.63倍から4.5倍の倍率の実体顕微鏡下で作業し、個々のEFPから整形式の神経網膜カップを観察し、手動で選択します。
注:色素性RPE細胞の成長の出現は、EFPおよび中央に配置された神経網膜カップの容易な識別に役立ちます。網膜カップは、CNSニューロンまたは神経堤細胞23によって形成される密集した球状または不規則なクラスターとは対照的に、直線的に配置され自己組織化された網膜幹細胞によって形成される明確な放射状の縞模様を有するドーナツ型、円形、および半透明の3D構造として現れる。 - 炎で引っ張られた牧草ピペットフックを使用して、個々のEFP内の中央神経網膜島を優しく動かしてすくい取ります。
- 1 mLマイクロピペットをセットして100 μLを吸引し、広いボア開口部を持つ1 mLマイクロチップを使用して、浮遊網膜カップを吸引し、ステップ4.2.1で調製した新鮮で低接着性の培養皿に移します。
注意: ボアサイズが小さく、吸引圧力が高いチップを使用すると、せん断が発生し、網膜カップの完全性に影響を与える可能性があります。網膜カップのおおよその寸法は直径約1〜2mmである。 - 網膜カップを非接着性浮遊培養物としてRDMに維持し、5%CO2 インキュベーター内で37°Cでインキュベートします。
- 30〜45日目:皿をそっと傾け、網膜カップを約30秒間落ち着かせて、培地を毎日交換します。部分的な供給方法に従い、使用済み培地の半分の量を取り除き、等量の新鮮な培地と交換します。
注意: 網膜カップの損傷を防ぐために、繰り返しの吸引と移動は避けてください。浮遊培養の1〜2週間後、網膜カップのサイズはわずかに大きくなり(1〜3 mm)、PAX6およびCHX10を発現する線形に配置された初期神経網膜前駆細胞からなる自己組織化3D網膜オルガノイド(OC-1M)に成長します(図3Bi)。 - 45〜60日目:100 μMタウリンを含むRDMでさらに4週間網膜オルガノイドを培養します( 材料の表を参照)神経網膜前駆細胞のより良い生存と系統分化、および成熟網膜細胞型(OC-2M)の開発をサポートします。
注:EFPから選択された網膜または視神経カップの約70%〜80%は無傷のままであり、それらの積層を保持し、4週間の浮遊培養(OC-2M)後に成熟網膜オルガノイドに成長します。 - 浮遊培養4週間の成熟網膜オルガノイドが、RCVRN+およびCRX+光受容体前駆体の出現を示し、最も外側の細胞層に初歩的な内部セグメントのような伸長を有する成熟細胞が出現し、 in vitroで 正常な網膜の発達および成熟プロセスを再現することを確認しました(図3Bii)。
注:神経網膜カップを除去した後、分化培養はRDMで継続的に維持できます。神経網膜を取り囲む近位上皮増殖には、網膜色素性上皮(RPE)細胞前駆体が含まれており、これらはさらに膨張して成熟し、典型的な石畳形態の色素性RPE単層を形成します(図4)。遠位成長は主に、水晶体および角膜上皮に寄与する眼表面上皮からなる。 EFP増殖の異なるゾーンから所望の細胞タイプを回収し、さらに濃縮して純粋な培養を確立することができます。
5. 網膜オルガノイドの特性評価
- 形態学的および分子的特性評価
- 付着EFPと浮遊網膜オルガノイドを位相差顕微鏡で4倍および10倍の倍率で観察し、それらの形態と寸法を文書化します。
- 成熟のさまざまな段階(ステップ4.2.3-4.2.6)で約20個の網膜オルガノイドを、広口径1,000 μLのチップを使用して1.5 mLのマイクロ遠心チューブに収集します。オルガノイドを底部に定着させ、培地を吸引します。1x PBSでカップを洗います。
- 余分なPBSを取り除き、1.0 mLのTRIzol試薬を加えます(材料表を参照)。室温で5分間インキュベートします。チューブ乳棒を使用して組織を均質化し、1.0 mLピペットを使用して粉砕します。
- 製造元の指示に従って、RNAの単離および精製の標準的な試薬方法に従って、トータルRNAを調製します(材料の表を参照)。
- アガロースゲルのRNA品質を確認し、NanoDrop分光光度計を使用して定量します(材料の表を参照)。
- 製造元の指示に従って、逆転写酵素を使用して1〜2μgの総RNAをcDNAに変換します( 材料の表を参照)。遺伝子特異的プライマーのリストについては 表1 を参照されたい。
- 簡単に説明すると、 表2 に記載されているように、全量10 μLのRNAプライマーマスターミックスを調製し、サーマルサイクラーでチューブを65°Cで5分間インキュベートします。チューブをサーマルサイクラーから氷に2分間移します。
- 一方、 表3に記載の試薬を用いてマスターミックス2を調製する。このマスターミックスをステップ5.1.7で準備したRNA-プライマーミックスチューブに加えます。穏やかに混ぜる。
- サンプルを50°Cで50分間インキュベートし、次に85°Cで5分間インキュベートし、4°Cで保持して反応を停止します。
- 合成したcDNAをPCR反応のテンプレートとして使用して、神経網膜前駆細胞および成熟網膜細胞マーカーの発現を確認します。
- hE1fαやGAPDHなどのハウスキーピング遺伝子を用いた半定量的PCRにより、各サンプル、すなわちF2-UD(hiPSC-F2-3F1;未分化細胞)、OC-1M(浮遊培養では1週間齢の光学カップ)、OC-2M(浮遊培養では4週齢の光学カップ)の総cDNAテンプレートを正規化します。
- 表4に記載されているように、半定量PCR用のマスターミックスを準備し、増幅用のテストサンプルチューブをサーマルサイクラーに入れます。PCR増幅条件を表5に記載した。
- 組織学と免疫組織化学
- 光学カップを2.0 mLの微量遠心チューブに集め、余分な培地を吸引します(ステップ4.2.3-4.2.6)。オルガノイドを1x PBSですすぎ、洗浄して500 μLの4%パラホルムアルデヒドに懸濁し、室温で一晩固定します。
- 翌日、カップを脱イオン水で洗います。カップを95%アルコール(3回の交換、それぞれ15〜20分)、続いて100%アルコール(3回の交換、各15〜20分)、無水アルコールとキシレンの1:1の混合を15分間、キシレン(2回の交換、それぞれ15分)、およびパラフィン(3回の交換、各15分)。この組織を埋め込み、標準的な手順に従ってパラフィンブロックを調製します。冷まして固めます。
- ミクロトームを使用して薄い切片(~4-5 μmの厚さ)を準備し、標準的な組織学手順に従ってシランコーティングされた顕微鏡スライド( 材料の表を参照)に置きます。
- 脱パラフィンの場合は、スライドを加熱ブロック上で70°Cで15〜20分間加熱します。ワックスが溶けたら、スライドをキシレン(3回交換、それぞれ3〜4分)で洗い、パラフィンを完全に取り除きます。
注:パラフィンの除去が不完全な場合、大量のバックグラウンドノイズを伴う切片の染色不良/斑状になります。 - 異なる割合のエタノール(100%、90%、80%)をそれぞれ3分間使用して、スライドを再水和します。スライドを蒸留水ですすぎ、抗原回収に進みます。
- 抗原賦活化を開始する前に、クエン酸塩バッファー(pH 6.0)を電子レンジを使用してコプリンジャー( 材料の表を参照)で95〜100°Cに達するまで予熱します。
- スライドを予熱したクエン酸塩バッファーに浸し、電子レンジでジャーを15分間加熱します。コプリンジャーをオーブンから取り出し、室温で冷まします。
- メタノールと過酸化水素の1:1混合物を5分間加え、続いて1x PBSで切片を3回洗浄することにより、内因性ペルオキシダーゼの切片をブロックします。
- 0.5%Triton-X 100を使用して15分間切片を透過処理します。スライドを1x PBSで3回洗浄します。
- 切片を1x PBS中の10%ウシ胎児血清(FBS)で1時間インキュベートすることにより、一次抗体の非特異的結合をブロックします。
- 切片を一次抗体とともに室温で1時間、または4°Cで一晩インキュベートします。 スライドを1x PBSで3〜5分間3回洗浄して、結合していない抗体を除去します。
- 適切な蛍光色素結合二次抗体を添加し、45分間インキュベートします。スライドを1x PBSでそれぞれ3〜5分間3回洗浄します。
注:抗体とそれぞれの希釈液は、 材料表に記載されています。網膜オルガノイド切片は、PAX6およびCHX10を使用して免疫標識され、初期の神経網膜前駆細胞を検出し、RecoverinおよびCRXを使用してコミットされた網膜および光受容体前駆細胞を検出しました。同様に、RPE前駆体の検出には抗PAX6および抗MITFを使用し、2D単層培養の免疫細胞化学による色素性成熟RPE細胞の検出には抗CRALBPおよび抗RPE65を使用しました。 - DAPIまたはPIで切片を対比染色し、退色防止封入剤を使用してスライドガラスに取り付けます(材料表を参照)。
- 蛍光または共焦点レーザー走査型顕微鏡を使用して、網膜オルガノイドおよびRPE培養の免疫標識切片を画像化および文書化し、さまざまな網膜マーカーを発現するさまざまな細胞層を調べます。
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Representative Results
hiPS細胞の眼系統への分化は、図1に示すように、サプリメントと成長因子を含む培養培地の異なるカクテル中で細胞を異なる時点で順次培養することによって達成されます。このhiPSC培養物は、多能性幹細胞維持培地であるエッセンシャル8培地で維持される。70%〜80%のコンフルエンシーに達したら(図2A)、培地は0日目に分化誘導培地(DIM)に交換されます(ステップ3.2を参照)1 ng / mL bFGF、1 ng / mLノギン、および1%N2サプリメント。神経誘導N2サプリメントとともに、BMPシグナル伝達阻害剤であるNogginは、中胚葉および内胚葉の関与をブロックすることにより、細胞を神経外胚葉系譜に向ける上で重要な役割を果たします。1日目、2日目、および3日目に、Nogginの濃度が10 ng / mLに増加します(ステップ3.3および3.4を参照)。4日目から、DIMを網膜分化培地(RDM)に交換し(ステップ3.5)、培養液を最大30日間継続的に維持します。RDMカクテルのB27には、複数の抗酸化物質やD-ガラクトースなどの追加のサプリメントが含まれており、好気性代謝を促進し、酸化ストレスを軽減し、分化する前駆細胞の生存率を向上させます。さらに、酢酸レチノール(ビタミンA)およびトリヨード-I-チロニン(T3)などの成長ホルモンの存在は、神経および網膜系統の分化を促進する。
14日目から18日目に、神経ロゼットの形成が観察され、眼野コミットメントの開始を示します(図2B)。神経ロゼット内の眼野前駆体はさらに増殖し、中心に円形の神経網膜構造を持つ明確な眼野原始クラスター(EFP)に自己組織化します。網膜色素上皮(RPE)、神経堤上皮、および眼表面に寄与する細胞などの他の細胞型は、明確に定義されたマージンを持つ連続した上皮として出現し、移動します。整形式の眼野は、上述のように、分化の21日目から28日目の間に観察することができる(図2C、D)。網膜神経カップの中央島は、火炎で引っ張られたガラスパスツールピペット(図2E)を使用して25〜30日目に採取され、RDMで非接着性浮遊培養としてさらに1〜2週間、45日目まで維持されます。増殖した網膜前駆細胞はさらに自己組織化して、直径約2〜3 mmの多層3D網膜オルガノイドを形成します(図2F、G)。46日目から、RDMに100 μMタウリンを添加して、神経新生を促進し、in vitroでの長期オルガノイド培養における細胞生存を改善します(図2H)。
網膜オルガノイドは、逆転写PCR(RT-PCR)および免疫組織化学(IHC)を使用して、いくつかの網膜前駆細胞マーカーの発現について成熟のさまざまな段階で特徴付けられます。このために、分化の30日目および60日目に全RNA単離のためにオルガノイドを回収する。RT-PCRの結果、1週齢の網膜オルガノイド(分化後4〜5週間、OC-1M)および4週齢の網膜オルガノイド8,12(分化後7〜8週間、OC-2M)において、NEUROD1、ChX10、CRX、PKCß1、RLBP1、RHOK、OPN1SW、RCVRN、ABCA4、RD3、およびPDE6Cなどの神経網膜マーカーの誘導と発現が確認されました(図3A).免疫組織化学および蛍光イメージングにより、OC-1Mにおける初期網膜前駆細胞マーカーPAX6、CHX10、およびOTX2、ならびにOC-2M 8,12における成熟網膜マーカーRCVRNおよびCRXの発現が確認された(図3Bi、ii)。
中枢神経網膜カップに加えて、網膜色素上皮(RPE)、神経堤上皮、眼表面上皮細胞などの他の眼細胞タイプが出現し、EFPから移動します。神経外胚葉由来のRPE前駆細胞は、EFPを取り囲むコンパクトに配置された上皮細胞として現れ、30〜45日目から徐々に成熟し、遊走性縁に沿って色素沈着します(図4A-C)。したがって、これらの付着分化培養物は、網膜カップを除去した後、増殖RPE前駆体を収穫するために45日目まで延長することができ(図4D)、これをさらに濃縮して、完全に成熟した色素性RPE細胞の単層培養物を調製することができる。成熟した色素性RPEは、典型的な石畳の形態を持つ単層と見なすことができます(図4E)。RPE細胞の同一性は、MITF(RPE前駆細胞マーカー)、PAX6(前駆細胞および成熟RPEマーカー)、およびRPE65(成熟RPEマーカー)などのRPE特異的マーカーに対する抗体を用いた免疫細胞化学によってさらに確認されます10,12(図4F-H)。
したがって、多能性幹細胞由来の網膜オルガノイドは、様々な遺伝性網膜疾患を研究するためのin vitroモデルとして役立ち得る7、8、9。疾患特異的幹細胞モデルは、患者特異的iPS細胞株を生成するか、CRISPRベースの遺伝子編集アプローチを用いて健康な対照iPS細胞株に疾患特異的変異を導入することによって開発される7,8。変異型iPS細胞は、関与する遺伝子変異に応じて、網膜細胞型に効率的に分化する場合とそうでない場合があります。ほとんどの健康な対照細胞株は上記のタイムラインに従っていましたが、疾患特異的iPS細胞の場合、分化タイムライン、EFP形態、網膜カップサイズ、ラミネーション、および成熟の点で偏差がある可能性があります。ヒトRB1遺伝子のエクソン18内で10bpの二対立遺伝子欠失を有するRB1-/-hiPSC株(LVIP15-RB1-CS3)の網膜分化能を調べたところ、RB1タンパク質発現がフレームシフトして完全に失われました。RB1発現の喪失は、変異hiPSC株の眼および初期の網膜系譜分化に影響しないことが観察された。ただし、タイムラインの著しい遅延とEFP形成効率の低下が観察されました。出現した非定型EFPは、網膜前駆細胞の異常な凝集体を有し、適切な網膜カップに積層して自己組織化できなかったか(図5A、B)、またはRPEおよび眼表面上皮(OSE)の周囲領域を欠いていた(図5C)。浮遊培養としてピックして維持すると、これらの網膜前駆細胞クラスターは不規則な神経網膜凝集体を形成しました(図5D)。
図1:iPS細胞の網膜オルガノイドへの分化を表すタイムライン。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図2:自己組織化3D網膜オルガノイドの生成 。 (A)フィーダーフリー条件下でのhiPS細胞培養の増殖。(B)分化14日目にニューロンロゼットを発達させる(アスタリスク)。(C,D)分化の21〜28日目に上皮の移動ゾーン(白い矢印)に囲まれた中枢神経網膜カップ様構造(黒い矢印)を含む眼野原始(EFP)クラスター。(E)フック付きチップ付きフレームプルガラスパスツールピペット。ヒンジ領域の滑らかな曲線は、網膜カップをナッジして持ち上げるために使用されます(矢印)。(F,G)25日目にレチナールカップを採取し、懸濁下で培養して自己組織化3D網膜オルガノイドを生成した。(H)浮遊培養45日目の成熟網膜オルガノイド。スケールバー:100 μm (A、B、D、G);200 μm (C、F、H)。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図3:網膜オルガノイドの特性評価 。 (A)未分化正常hiPSC株23(hiPSC-F2-3F1)(F2-UD)および分化正常視神経カップを分化3〜4週目に摘み取り、さらに浮遊培養でそれぞれ1週間(OC-1M)および4週間(OC-2M)で成熟させた(OC-2M )のRT-PCRによる網膜遺伝子発現プロファイリング。すべての試験サンプルのcDNAを、ローディングコントロールとしてeEF1aを使用して正規化しました。(b)(i)神経網膜前駆マーカーCHX10、PAX6、およびOTX2に対する抗体を用いた未熟網膜オルガノイド(OC-1M)の免疫標識切片の共焦点画像(赤色)および(ii)光受容体前駆体マーカーRecoverinに対する抗体を用いた成熟網膜オルガノイド(OC-2M)およびCRX(赤色)。左パネルの分化型視細胞を有する網膜オルガノイドの最外層(ボックス)をズームし、右パネルに示す。DAPIを対比染色として用いた(青色)。初歩的な内部セグメントのような延長は白い矢印でマークされています。スケールバー:20μm。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図4:異なる眼細胞型の出現。 (A)EFPクラスターは、神経網膜カップを中心に、前縁に沿って色素沈着を示すRPE成長物に移動します(白い矢印)。(B)神経網膜島周辺の複数のEFPからの高分化色素性上皮成長。(C)EFPのより高い倍率は、RPE前駆細胞の遊走帯(白い矢印)および眼表面上皮(アスタリスク)が神経網膜カップを囲むことを示している。(D)色素細胞と非色素細胞の両方を含む未熟RPE細胞の単層を発達させた伸長接着培養。(E)60日目に石畳の形態を示す完全に成熟した色素性RPE細胞の単層培養。(F-H)緑色でPAX6、MITF、およびRPE65を発現するRPE細胞。スケールバー:200 μm (A、B);100 μm (C-E);20 μm (F-H) です。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図5:RB1-/-変異iPS細胞における異常な網膜カップ形成。 (A,B)網膜前駆細胞の異常な凝集体と歪んだ積層の欠如を伴うEFP。(C)ミニチュア神経網膜カップを備えたが、RPEおよび眼表面上皮の周囲領域を欠いているEFP(矢印)。(D)浮遊培養で形成された不規則な神経網膜凝集体。スケールバー:100μm。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
| プライマー名 | 素数列 (5'-3') | バンド サイズ (bp) | 参照 ID | |||
| 1 | heEF1α | F: GAAGTCTGGTGATGCTGCCATTGT | 198 | NM_001402 | ||
| R: TTCTGAGCTTTCTGGGCAGACTTG | ||||||
| 2 | hNeuroD1 | F: CGCGCTTAGCATCACTACTカット | 349 | NM_002500 | ||
| R: GCGTCTCTTGGGCTTTTGAT | ||||||
| 3 | hCHX10 | F: CAAGTCAGCCAAGGGGCA | 382 | NM_182894 | ||
| R: CTTGACCTAAGCCATGTCCT | ||||||
| 4 | ティッカー | F: TCAACGCCTTGGCCCTAAGT | 357 | NM_000554 | ||
| R: ACACATCTGGGGAGGGGTCTT | ||||||
| 5 | hPKC-β1 | F: AAAGGCAGCTTTGGCAAGGT | 376 | NM_212535 | ||
| R: CGAGCATCACGTTGTCAAGT | ||||||
| 6 | RLBP1 | F: TGCACCATTGAAGCTGGCTA | 361 | NM_000326 | ||
| R: AGAAGGGCTTTGACCACATTG | ||||||
| 7 | ロク | F: CAAGCTGTATGCCTGCAAGA | 360 | NM_002929 | ||
| R: ATCCGGACATTGCCGTCATT | ||||||
| 8 | hOPN1SW | F: TGCTTCATTGTGCCTCTCTC | 373 | NM_001708 | ||
| R: AGCTGCATGTGTCGGATTCA | ||||||
| 9 | ティッカー | F: アガッカアッカガガガト | 367 | NM_002903 | ||
| R: ACGGGTGTCATGTGAGTGGTA | ||||||
| 10 | hABCA4 | F: CACCGTAGCAGGCAAGAGTATT | 271 | NG_009073 | ||
| R: AATGAGTGCGATGGCTGGAGA | ||||||
| 11 | hRD3 | F: ATGGTGCTGGAGACCCTAT | 328 | NM_183059 | ||
| R: CTTCCTGCTTCATCCCTCCCA | ||||||
| 12 | hPDE6C | F: GTTGATGCCTGTGAACAATGC | 351 | NM_006204 | ||
| R: ACCACTCAGCATAGGTGTGAT | ||||||
表1:RT-PCR用の遺伝子特異的プライマーのリスト。
| RNA-プライマーミックス用成分 | 容量(単位:μL) |
| RNA (1-2 μg) | n |
| 10 mM dNTP | 1 |
| 10 mM オリゴ dT | 1 |
| DEPC処理水 | 10まで |
| 総反応量 | 10 |
表2:cDNA変換のためのRNAプライマーマスターミックス。
| マスターミックス2のコンポーネント | 容量(単位:μL) |
| 10x RTバッファ | 2 |
| 25 mM マグネシウムCl2 | 4 |
| 0.1 M DTT | 2 |
| スーパースクリプトIII逆転写酵素 | 1 |
| ラナーゼアウト | 1 |
| 総反応量 | 10 |
表3:cDNA変換のためのマスターミックス2。
| PCRの構成要素 | 容量(単位:μL)/反応液 |
| 10x PCRバッファー | 2 |
| 2 mM dNTP | 2 |
| フォワードプライマー (5 μM) | 1 |
| リバースプライマー (5 μM) | 1 |
| タックポリメラーゼ | 0.2 |
| cDNAテンプレート (50-100 ng) | 1 |
| 滅菌ミリQ水 | 12.8 |
| 総反応量 | 20 |
表4:半定量PCR用のマスターミックス。
| 温度 | 時間 | サイクル数 | |
| 変性 | 95 °C | 5 ミン | ×1 |
| 変性 | 95 °C | 30秒 | ×35 |
| アニーリング | 50-60 °C | 30秒 | |
| 延長 | 72 °C | 30秒 | |
| 最終延長 | 72 °C | 10 ミン | ×1 |
表5:PCR増幅条件。
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Discussion
hiPS細胞は、in vitroで臓器や組織の発達を研究するための強力なツールです。健康なhiPS細胞と疾患特異的なhiPS細胞を網膜系統に分化させることによって疾患表現型を再現することは、さまざまな形態の遺伝性網膜ジストロフィーの病態生理学に関する新しい洞察を得るのに役立ちます。PSCの網膜細胞型へのインビトロ分化のために、いくつかのプロトコルが記載され、採用されている。それらのほとんどは、組換え成長因子、サプリメント、小分子、およびN1、N2、およびB27サプリメントなどの試薬の複雑なカクテルを含む培養培地の使用を含みます。ノギン、SB431542、LDN193189、フォリスタチンなどのBMPおよびTGFβシグナル伝達遮断薬、またはアクチビンA、レフティ、IDE1などの誘導物質。DKK1、SFRP、IWP-2、IWR-1-endoなどの標準的なWntシグナル伝達遮断薬、またはCHIR99021、SB216763、CKI-7などの誘導物質。PD0325901およびPD173074などのFGF受容体シグナル伝達遮断薬、またはbFGFなどの誘導物質;DAPTなどのノッチシグナル伝達阻害剤;インスリン様成長因子(IGF-1)などの他のシグナル伝達分子;レチノイン酸;トリヨードチロニン(T3)やヒドロコルチゾンなどの成長ホルモン。抗酸化剤およびアスコルビン酸、ニコチンアミド、タウリン、ドコサヘキサエン酸、1-チオグリセロールなどの他の生存促進因子。これらの成分は、幹細胞分化の異なる段階で培養培地に含まれ、様々なシグナル伝達カスケードを刺激または調節して、眼および網膜系譜コミットメントを誘導する11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22。
ここでは、hiPS細胞のほぼコンフルエントな付着培養から直接網膜オルガノイドを生成する、より簡単で堅牢かつ効率的な方法について説明します。簡略化されたプロトコルには、主にPSCの神経外胚葉系への初期分化を引き起こすより少ないサプリメント、成長因子、および低分子を使用することが含まれます。その後の分化ステップは、PSCが関連する系統の細胞型に同期的に分化する固有の能力に依存し、その後、複雑な組織の形成に寄与する複数の細胞タイプの発達と空間組織化を自己組織化し、相互に制御します。bFGFの段階的な離脱とNogginの追加は、分化から3日以内に早期の神経外胚葉運命のコミットメントの誘導を成功させるのに役立ちます。成長因子や低分子を添加することなく、神経誘導RDMにおける分化培養の継続的な維持は、分化から3〜4週間以内に、明確なマージンを有する眼野原始(EFP)構造の誘導をもたらす。EFPには多能性前駆細胞が含まれており、邪魔されずに継続的な維持を行うと、多系統分化と自己組織化が起こり、網膜色素上皮(RPE)、神経堤上皮、眼表面上皮などの他の関連する眼細胞タイプに囲まれた、中央に配置された神経網膜カップまたは視神経カップ(OC)からなる複雑なEFPを形成します。あるいは、PSCを浮遊培養として1〜3日目に増殖させ、同一の培養条件下でEBを形成することもできます。EBは4日目にさらに播種し、RDMのマトリックスコーティング表面上で接着培養物として増殖させて、上記のように網膜系統分化を開始することができます。健全な分化培養は、6ウェルプレートのウェルあたり約20〜30EFPを日常的に生じさせる。OCは、網膜分化の3〜4週間でEFPから回収でき、浮遊培養でさらに30〜60日間維持され、網膜前駆細胞の分化を可能にし、成熟網膜オルガノイドを生成します。4週間の浮遊培養後、EFPから採取された光学カップの約70%〜80%は無傷のままで、ラミネーションを保持し、成熟網膜オルガノイド(OC-2M)に発達し、RCVRN+およびCRX+は光受容体細胞をコミットし、最外層内に内部セグメントのような伸長があります。
成長するiPS細胞培養物のコンフルエント性は、分化の開始時および培養物のDIMへの移行時に重要です。 コロニーが小さく、コンフルエントが60%未満の培養物、および早熟に分化している培養物では、EFP数が大幅に減少します。眼野クラスターが現れたら、神経網膜カップの中央島を1週間以内に収穫する必要があります。これは、プロトコルのセクションで説明するように、火炎で引っ張られたガラスキャピラリーチップの角度または湾曲した領域を使用して、無傷のカップを静かにナッジして持ち上げることによって行うことができます。カップを傷つけないように注意する必要があります。ピッキングがさらに遅れると、神経網膜前駆細胞の増殖と遊走により平坦化と3D組織の喪失が生じ、採取が困難になり、非定型の網膜オルガノイドが生じます。
眼野誘導と網膜カップの成熟の効率は、根底にある遺伝的欠陥に応じて、疾患や患者固有のhiPSC株によって異なります。例えば、RP疾患特異的系統の網膜系譜コミットメントおよびEFP形成効率は健常対照細胞のそれと同一であったが、RB1ヌル系統はEFP形成に失敗した(データ未示)。レーバー先天性アマウロシスに関連する突然変異を有するいくつかの系統は、網膜前駆細胞のサイズ、自己組織化、積層、および成熟に欠陥を有する非定型EFPを形成した(データ示さず)。疾患状態の病態生理を理解するには、健康な対照組織と比較した患者特異的網膜オルガノイドのさらなる分子検証と遺伝子発現プロファイリングが必要です。患者ゲノムの多様性と疾患発現における多重遺伝子ネットワークの関与を考慮すると、疾患モデリング研究における絶対的な遺伝子型-表現型相関を確立するために、同質遺伝子iPS細胞株に由来する網膜オルガノイドを研究することも重要である可能性があります。このような同質遺伝子系統は、健康な対照株における標的遺伝子ノックアウトによって、または高度なゲノム編集技術を用いて患者特異的iPS細胞における病原性変異を補正することによって作成することができる8,9。
正常または疾患特異的iPS細胞株に由来するこのような無傷の網膜オルガノイドは、新規薬物のスクリーニングおよび試験に使用することができる。網膜オルガノイド内の光受容体前駆体や、EFP増殖物内のRPEや角膜上皮などの他の眼細胞タイプは、基礎研究や再生医療への応用のためにさらに単離および濃縮することができます。ここで説明するプロトコルは、前臨床および臨床試験の評価を目的とした臨床グレードの細胞を調製するためのGMP準拠のプロセスに簡単に採用できます。
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Disclosures
すべての著者には、利益相反や財務開示はありません。
Acknowledgments
著者らは、遺伝学者のチトラ・カンナビラン博士からの科学的および技術的支援を認めています。スバドラ・ジャラリ博士、網膜コンサルタント;ミリンド・ナイク博士、眼球形成外科医;ハイデラバードのLVプラサド眼科研究所の眼腫瘍医であるスワティカリキ博士は、正常および患者固有のiPS細胞株の生成に向けて取り組んでいます。著者らは、科学技術省(IM)、(SB/SO/HS/177/2013)、バイオテクノロジー省(IM)、(BT/PR32404/MED/30/2136/2019)、およびインド政府のICMR(S.M.、D.P.)、UGC(T.A.)、CSIR(V.K.P.)の上級研究員からのR&D助成金を認める。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 0.22 µm Syringe filters | TPP | 99722 | |
| 15 mL centrifuge tube | TPP | 91015 | |
| 50 mL centrifuge tube | TPP | 91050 | |
| 6 well plates | TPP | 92006 | |
| Anti-Chx10 Antibody; Mouse monoclonal | Santa Cruz | SC365519 | 1:50 dilution |
| Anti-CRX antibody; Rabbit monoclonal | Abcam | ab140603 | 1:300 dilution |
| Anti-MiTF antibody, Mouse monoclonal | Abcam | ab3201 | 1:250 dilution |
| Anti-Recoverin Antibody; Rabbit polyclonal | Millipore | AB5585 | 1:300 dilution |
| B-27 Supplement (50x), serum free | Thermo Fisher | 17504044 | |
| Basic Fibroblast growth factor (bFGF) | Sigma Aldrich | F0291 | |
| Centrifuge 5810R | Eppendorf | ||
| Coplin Jar (50 mL) | Tarson | ||
| Corning Matrigel hESC-Qualified Matrix | Corning | 354277 | |
| CryoTubes | Thermo Fisher | V7884 | |
| DMEM/F-12, GlutaMAX supplement (basal medium) | Thermo Fisher | 10565-018 | |
| DreamTaq DNA polymerase | Thermo Fisher | EP0709 | |
| Dulbeco’s Phosphate Buffered Saline | Thermo Fisher | 14190144 | |
| Essential 8 medium kit | Thermo Fisher | A1517001 | |
| Ethylene diamine tetraaceticacid disodium salt dihydrate (EDTA) | Sigma Aldrich | E5134 | |
| Falcon Not TC-treated Treated Petri Dish, 60 mm | Corning | 351007 | |
| Fetal Bovine Serum, qualified, United States | Gibco | 26140079 | |
| GelDocXR+ with Image lab software | BIO-RAD | Agarose Gel documentation system | |
| GlutaMAX Supplement | Thermo Fisher | 35050061 | |
| Goat anti-Mouse IgG (H+L), Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A11001 | 1:300 dilution |
| Goat anti-Mouse IgG (H+L), Alexa Fluor 546 | Invitrogen | A11030 | 1:300 dilution |
| Goat anti-Rabbit IgG (H+L), Alexa Fluo 546 | Invitrogen | A11035 | 1:300 dilution |
| Goat anti-Rabbit- IgG (H+L), Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A11008 | 1:300 dilution |
| HistoCore MULTICUT | Leica | For sectioning | |
| KnockOut Serum Replacement | Thermo Fisher | 10828028 | |
| L-Acsorbic acid | Sigma Aldrich | A92902 | |
| MEM Non-Essential Amino Acids Solution (100x) | Thermo Fisher | 11140-050 | |
| N2 supplement (100x) | Thermo Fisher | 17502048 | |
| NanoDrop 2000 | Thermo Fisher | To quantify RNA | |
| Paraformaldehyde | Qualigens | 23995 | |
| Pasteur Pipets, 9 inch, Non-Sterile, Unplugged | Corning | 7095D-9 | |
| Penicillin-Streptomycin | Thermo Fisher | 15140-122 | |
| Recombinant Anti-Otx2 antibody , Rabbit monoclonal | Abcam | ab183951 | 1:300 dilution |
| Recombinant Anti-PAX6 antibody; Rabbit Monoclonal | Abcam | ab195045 | 1:300 dilution |
| Recombinant Anti-RPE65 antibody, Rabbit Monoclonal | Abcam | ab231782 | 1:300 dilution |
| Recombinant Human Noggin Protein | R&D Systems | 6057-NG | |
| SeaKem LE Agarose | Lonza | 50004 | |
| Serological pipettes 10 mL | TPP | 94010 | |
| Serological pipettes 5 mL | TPP | 94005 | |
| Sodium Chloride | Sigma Aldrich | S7653 | |
| Sodium Citrate Tribasic dihydrate | Sigma Aldrich | S4641 | |
| Starfrost (silane coated) microscopic slides | Knittel | ||
| SuperScript III First-Strand Synthesis System | Thermo Fisher | 18080051 | |
| SuperScript III First-Strand Synthesis System for RT-PCR | Invitrogen | 18080051 | |
| Triton X-100 | Sigma Aldrich | T8787 | |
| TRIzol Reagent | Invitrogen | 15596026 | |
| UltraPure 0.5 M EDTA, pH 8.0 | Thermo Fisher | 15575020 | |
| VECTASHIELD Antifade Mounting Medium with DAPI | Vector laboratories | H-1200 | |
| Vitronectin | Thermo Fisher | A27940 | |
| Y-27632 dihydrochloride (Rho-kinase inhibitor) | Sigma Aldrich | Y0503 | |
| Zeiss LSM 880 | Zeiss | Confocal microscope |
References
- Dandona, R., et al. Moderate visual impairment in India: the Andhra Pradesh Eye Disease Study. British Journal of Ophthalmology. 86 (4), 373-377 (2002).
- Hartong, D. T., Berson, E. L., Dryja, T. P.
- Sen, P., et al. Prevalence of retinitis pigmentosa in South Indian population aged above 40 years. Ophthalmic Epidemiology. 15 (4), 279-281 (2008).
- Nazimul, H., Rohit, K., Anjli, H. Trend of retinal diseases in developing countries. Expert Review of Ophthalmology. 3 (1), 43-50 (2008).
- RetNet - Retinal Information Network. , Available from: https://sph.uth.edu/retnet/ (2022).
- Cicero, S. A., et al. Cells previously identified as retinal stem cells are pigmented ciliary epithelial cells. Proceedings of the National Academy of Sciences. 106 (16), 6685-6690 (2009).
- Guo, Y., et al. Modeling retinitis pigmentosa: retinal organoids generated from the iPSCs of a patient with the USH2A mutation show early developmental abnormalities. Frontiers in Cellular Neuroscience. 13, 361 (2019).
- Lane, A., et al. Modeling and rescue of RP2 Retinitis pigmentosa using iPSC-derived retinal organoids. Stem Cell Reports. 15 (1), 67-79 (2020).
- Li, Y. P., Deng, W. L., Jin, Z. B. Modeling retinitis pigmentosa through patient-derived retinal organoids. STAR Protocols. 2 (2), 100438 (2021).
- Gonzalez-Cordero, A., et al. Recapitulation of human retinal development from human pluripotent stem cells generates transplantable populations of cone photoreceptors. Stem Cell Reports. 9 (3), 820-837 (2017).
- Meyer, J. S., et al. Optic vesicle-like structures derived from human pluripotent stem cells facilitate a customized approach to retinal disease treatment. Stem Cells. 29 (8), 1206-1218 (2011).
- Zhu, J., Lamba, D. A. Small molecule-based retinal differentiation of human embryonic stem cells and induced pluripotent stem cells. Bio-Protocol. 8 (12), 2882 (2018).
- Nakano, T., et al. Self-formation of optic cups and storable stratified neural retina from human ESCs. Cell Stem Cell. 10 (6), 771-785 (2012).
- Reichman, S., et al. From confluent human iPS cells to self-forming neural retina and retinal pigmented epithelium. Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (23), 8518-8523 (2014).
- Zhong, X., et al. Generation of three-dimensional retinal tissue with functional photoreceptors from human iPSCs. Nature Communications. 5, 4047 (2014).
- Wahlin, K. J., et al. Photoreceptor outer segment-like structures in long-term 3D retinas from human pluripotent stem cells. Scientific Reports. 7 (1), 766 (2017).
- Capowski, E. E., et al. Reproducibility and staging of 3D human retinal organoids across multiple pluripotent stem cell lines. Development. 146 (1), (2019).
- Chichagova, V., et al. Differentiation of retinal organoids from human pluripotent stem cells. Current Protocols in Stem Cell Biology. 50 (1), 95 (2019).
- Kelley, R. A., Chen, H. Y., Swaroop, A., Li, T. Accelerated development of rod photoreceptors in retinal organoids derived from human pluripotent stem cells by supplementation with 9-cis retinal. STAR Protocols. 1 (1), 100033 (2020).
- Zhou, S., et al. Differentiation of human embryonic stem cells into cone photoreceptors through simultaneous inhibition of BMP, TGFbeta and Wnt signaling. Development. 142 (19), 3294-3306 (2015).
- Chambers, S. M., et al. Highly efficient neural conversion of human ES and iPS cells by dual inhibition of SMAD signaling. Nature Biotechnology. 27 (3), 275-280 (2009).
- Mellough, C. B., et al. IGF-1 signaling plays an important role in the formation of three-dimensional laminated neural retina and other ocular structures from human embryonic stem cells. Stem Cells. 33 (8), 2416-2430 (2015).
- Susaimanickam, P. J., et al. Generating minicorneal organoids from human induced pluripotent stem cells. Development. 144 (13), 2338-2351 (2017).
