La cornea è un tessuto avascolare e trasparente che forma lo strato più esterno dell'occhio, composto principalmente da tre strati: uno strato epiteliale esterno, uno strato stromale contenente una matrice extracellulare ricca di collagene popolata da cheratociti, e uno strato cellulareendoteliale 1. La cornea svolge un ruolo essenziale nella visione proteggendo le strutture oculari interne e rifrattando la luce.
Gli aniridi sono un raro disturbo panoculare congenito causato principalmente da mutazioni eterozigoti nel gene a scatola accoppiata 6 (PAX6), un regolatore principale dello sviluppo oculare, e si caratterizza per l'assenza parziale o completa dell'iride2. Oltre all'ipoplasia o all'assenza dell'iride, la maggior parte dei pazienti sviluppa anomalie corneali progressive denominate collettivamente come cheratopatia associata all'aniridia (AAK), che includono difetti epiteliali, disfunzione delle cellule staminali limbari, alterazioni stromali e progressiva opacizzazione corneale, che porteranno infine a un deficit visivo. L'AAK colpisce circa il 78%–90% dei pazienti con aniridia, con una gravità crescentenel tempo 3. Il nostro obiettivo era stabilire un protocollo dettagliato e riproducibile per generare organoidi corneei da cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) derivate da pazienti con aniridi, al fine di modellare alterazioni corneali rilevanti per la malattia in vitro. Sebbene i modelli animali e gli studi ex vivo abbiano fornito preziose informazioni sulla patogenesi degli aniridi, le differenze specifiche per specie e l'accesso limitato ai tessuti dei pazienti ne limitano la rilevanza traslazionale.
Gli organoidi umani derivati da iPSC sono emersi come potenti sistemi in vitro per modellare lo sviluppo umano e le malattie 4,5. Gli organoidi corneali, in particolare, permettono la generazione di strutture tridimensionali simili a tessuti che assomigliano maggiormente all'architettura corneale nativa, inclusa l'organizzazione epiteliale stratificata, le interazioni stromali-epiteliali e la deposizione della matrice extracellulare, rispetto alle colture monostrato bidimensionali convenzionali, che mancano di organizzazione spaziale, interazioni fisiologiche cellula-cellula e complessitàmicroambientale 4,5. Diverse strategie di differenziazione, tra cui approcci basati su SEAM e basati su progenitori oculari, sono state segnalate come le persone che generano tessuti simili alla cornea a partire dagliiPSC 6. Questi approcci prevedono tipicamente una fase iniziale di induzione della linea oculare, seguita da una specificazione progressiva del tessuto e dalla selezione da popolazioni eterogenee di progenitori oculari. La creazione di organoidi corneali offre l'opportunità di studiare diversi tipi cellulari presenti nel tessutocorneale 7,8. Inoltre, gli organoidi corneei derivati da iPSC dei pazienti con aniridia permettono di studiare il background genetico della malattia e offrono un'opportunità unica per studiare gli aniridi.
Nel protocollo attuale, sia le linee iPSC di tipo selvatico che quelle derivate da aniridia sono sottoposte a una strategia di differenziazione identica e multi-stadio, che coinvolge l'esposizione sequenziale alla differenziazione (DM), alla differenziazione retinica (RDM) e ai mezzi di differenziazione corneale (CDM) per un periodo di coltura prolungato di settimane. Un passo sperimentale cruciale è la transizione dalla coltura aderente alle condizioni di sospensione, durante le quali vengono mantenute alcune regioni simili alla cornea per promuovere l'auto-organizzazione epiteliale.
Sebbene questo approccio supporti la generazione riproducibile di strutture epiteliali simili alla cornea adatte alla modellizzazione comparativa della malattia, non riproduce completamente caratteristiche complesse in vivo come l'innervazione neurale o l'organizzazione completa della nicchia limbale, che dovrebbero essere considerate nella valutazione dell'applicabilità del metodo.
In questo contesto, descriviamo un protocollo standardizzato per generare organoidi corneanici da iPSC derivati dal paziente portanti mutazioni PAX6 associate ad aniridi. È importante notare che la strategia di differenziazione stessa non è modificata tra linee di tipo selvatico e derivate da aniridia; invece, fenotipi specifici per malattia emergono dal background genetico specifico del paziente all'interno di un quadro sperimentale altrimenti uniforme.
Nel complesso, questo metodo fornisce una piattaforma robusta e riproducibile per lo studio dello sviluppo corneale e dei meccanismi associati alle malattie di aniridi, e potrebbe servire da base per futuri studi meccanicistici e traslazionali.