O presente protocolo descreve um sistema otimizado de indução de retina neural 3D que reduz a adesão e fusão de organoides da retina com alta repetibilidade e eficiência.
Artigo de método
* These authors contributed equally
O presente protocolo descreve um sistema otimizado de indução de retina neural 3D que reduz a adesão e fusão de organoides da retina com alta repetibilidade e eficiência.
A retinopatia é uma das principais causas de cegueira no mundo. A investigação de sua patogênese é essencial para o diagnóstico precoce e tratamento oportuno da retinopatia. Infelizmente, barreiras éticas dificultam a coleta de evidências de seres humanos. Recentemente, numerosos estudos têm mostrado que células-tronco pluripotentes humanas (PSCs) podem ser diferenciadas em organoides da retina (ROs) usando diferentes protocolos de indução, que têm enorme potencial na retinopatia para modelagem de doenças, triagem de drogas e terapias baseadas em células-tronco. Este estudo descreve um protocolo de indução otimizado para gerar retina neural (NR) que reduz significativamente a probabilidade de vesiculação e fusão, aumentando a taxa de sucesso de produção até o 60º dia. Baseado na capacidade das LSPs de se auto-reorganizarem após a dissociação, combinada com certos fatores complementares, esse novo método pode direcionar especificamente a diferenciação da NR. Além disso, a abordagem é descomplicada, custo-efetiva, exibe repetibilidade e eficiência notáveis, apresenta perspectivas encorajadoras para modelos personalizados de doenças da retina e fornece um reservatório celular abundante para aplicações como terapia celular, triagem de drogas e testes de terapia gênica.
O olho serve como fonte primária de informação entre os órgãos sensoriais humanos, sendo a retina o principal tecido sensorial visual dos olhos demamíferos1. A retinopatia destaca-se como uma das principais causas globais de doenças oculares, levando àcegueira2. Aproximadamente 2,85 milhões de pessoas no mundo sofrem de graus variados de comprometimento da visão devido à retinopatia3. Consequentemente, a investigação de sua patogênese é crucial para o diagnóstico precoce e tratamento oportuno. A maioria dos estudos sobre retinopatia humana tem se concentrado principalmente em modelos animais 4,5,6. No entanto, a retina humana é um tecido complexo e multicamadas, composto por vários tipos celulares. Os sistemas tradicionais de cultura de células bidimensionais (2D) e modelos animais tipicamente falham em recapitular fielmente o desenvolvimento espaço-temporal normal e o metabolismo de drogas da retina humana nativa 7,8.
Recentemente, técnicas de cultura 3D evoluíram para gerar órgãos semelhantes a tecidos a partir de células-tronco pluripotentes (CTPs)9,10. Os organoides (ROs) da retina gerados a partir de LSPs humanas em um sistema de cultura em suspensão 3D não apenas contêm sete tipos de células retinianas, mas também exibem uma estrutura estratificada distinta, semelhante à retina humana in vivo11,12,13. As ERs derivadas de LSP humanas têm ganhado popularidade e ampla disponibilidade e são atualmente os melhores modelos in vitro para o estudo do desenvolvimento e da doença da retina humana14,15. Ao longo das últimas décadas, numerosos pesquisadores demonstraram que as PSCs humanas, incluindo células-tronco embrionárias (CTEs) e células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs), podem se diferenciar em ROs usando vários protocolos de indução. Esses avanços têm enorme potencial na retinopatia para modelagem de doenças, rastreamento de drogas e terapias baseadas em células-tronco 16,17,18.
No entanto, a geração de retina neural (NR) a partir de células-tronco pluripotentes humanas (PSCs) é um processo complexo, complicado e demorado. Além disso, variações lote a lote nos organoides teciduais podem levar a menor reprodutibilidade dos resultados19,20. Inúmeros fatores intrínsecos e extrínsecos podem influenciar o rendimento dos organoides (ROs) da retina, como o número ou espécie de células iniciadoras e o uso de fatores de transcrição e compostos de moléculas pequenas 21,22,23. Desde que a primeira OR humana foi gerada pelo laboratório Sasai11, múltiplas modificações foram propostas ao longo dos anos para aumentar a facilidade e a eficácia do processo de indução 13,21,24,25. Infelizmente, até o momento, nenhum protocolo padrão-ouro foi estabelecido para a geração de ROs em todos os laboratórios. De fato, há certo grau de discrepância nas ER decorrentes dos diferentes métodos de indução, bem como grande variação na expressão dos marcadores retinianos e na robustez de sua estrutura22,26. Essas questões podem complicar gravemente a coleta de amostras e a interpretação dos achados do estudo. Portanto, um protocolo de diferenciação mais consolidado e robusto é necessário para maximizar a eficiência com o mínimo de heterogeneidade da geração de OR.
Este estudo descreve um protocolo de indução otimizado baseado na combinação de Kuwahara et al.12 e Döpper et al.27 com instruções detalhadas. O novo método reduz significativamente a probabilidade de vesiculação e fusão organoide, aumentando a taxa de sucesso na geração de NR. Esse desenvolvimento é uma grande promessa para modelagem de doenças, triagem de drogas e aplicações de terapia celular para distúrbios da retina.
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Este estudo foi conduzido de acordo com os princípios da Declaração de Helsinque e aprovado pelo Comitê de Ética Institucional do Hospital Geral Chinês PLA. A linhagem WA09 (H9) ESC foi obtida do WiCell Research Institute.
1. Meios de cultura e preparação de reagentes
2. Cultura de H9-ESCs
3. Geração de NRs humanas
NOTA: Uma vez que as colônias atinjam aproximadamente 70% de confluência, elas podem ser direcionadas para a diferenciação em organoides da retina (ROs) usando as etapas do procedimento descritas na Figura 1.
4. Análise de NRs humanas
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Uma visão geral gráfica do protocolo modificado é mostrada na Figura 1. H9-ESCs foram usadas para gerar ROs quando as células foram cultivadas a uma densidade de 70%-80%. Suspensões unicelulares de H9-ESCs em 96 poços cônicos com fundo em V se agregaram no dia 1 e formaram EBs redondas bem circunscritas no dia 6. Com o aumento do tempo de cultivo, o volume de EBs aumentou gradativamente. No 30º dia, estruturas neuroepiteliais-símile estavam claramente formadas e espessadas durante a diferenc...
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As ERs humanas podem recapitular espacial e temporalmente o desenvolvimento da retina fetal, e as ERs precoces exibem alto grau de semelhança com a retina fetal em estágios equivalentes de desenvolvimento15. Em termos de morfologia tecidual e expressão molecular, a OR humana espelha de perto o estado de crescimento real do tecido da retina, fornecendo oportunidades tremendas e sem precedentes nos campos da modelagem de doenças, triagem de drogas e medicina regenerativa. Atualmente, vários métodos ...
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Todos os autores declaram não haver conflitos de interesse.
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| 0,01 M TPBS | Servicebio | G0002 | Fatias de lavagem |
| 4% Paraformaldeído | Servicebio | G1101-500ML | Fix organoides retinianos |
| 5 mL Pipeta | Pasteur NEST Biotecnologia | 318516 | Pipeta organoides retinianos |
| 96 poços cônicos com fundo em V | Sumitomo Bakelit | MS-9096VZ | |
| Lâminas de microscópio | de adesão CITOTEST | 188105 | Fix slices |
| AggreWell medium | STEMCELL Technologies | 5893 | |
| Medium Anhydrous ethanol | SINOPHARM | 10009218 | Dehydrate |
| Anti-CHX10 | Santa Cruz | sc-365519 | Anticorpo primário |
| antidesbotamento | ZSGB-BIO | ZLI-9556 | |
| Anti-KI67 | Abcam | ab16667 | Anticorpo primário |
| Anti-NESTIN | Sigma | N5413 | Anticorpo primário |
| Anti-Neuronal Classe III β-Tubulina (TUJ1) | Beyotime | AT809 | Anticorpo primário |
| Anti-PAX6 | Abcam | ab195045 | Anticorpo primário |
| Solução de dissociação celular (CDS) | Tecnologias STEMCELL | 7922 | Dissociação celular |
| CHIR99021 | Selleckchem | S2924 | GSK-3α/β inibidor |
| Concentrado lipídico de colesterol | Gibco | 12531018 | 250 vezes; |
| Solução de recuperação de antígeno citrato | Servicebio | G1202-250ML | 20 &vezes;, pH 6,0 |
| CS10 | STEMCELL Technologies | 1001061 | Cell Congelamento |
| DAPI | Roche | 10236276001 | Contracoloração nuclear |
| Dimetilsulfóxido (DMSO) | Sigma | D2650 | |
| DMEM / F12 | Gibco | 11330032 | Medium |
| DMEM/F12-GlutaMAX | Gibco | 10565018 | Medium |
| Donkey anti-Mouse Alexa Fluor Plus 488 | Invitrogen | A32766 | Anticorpo Secundário Anti-Coelho |
| Donkey Alexa Fluor 568 | Invitrogen | A10042 | Anticorpo Secundário |
| Etileno Diamina Ácido Tetracético (EDTA) | Biosharp | BL518A | 0,5 M, pH 8,0, dissociação celular |
| Matriz extracelular (ECM) | Placas | de revestimento de | 354277 Corning |
| F12-Glutamax | Gibco | 31765035 | Soro |
| bovino fetal | Gibco | A5669701 | |
| Analisador quantitativo de células de tecido semelhante a fluxo | TissueGnostics | TissueFAXS Plus | Seções de varredura |
| IMDM-GlutaMAX | Gibco | 31980030 | Médio |
| IWR1-endo | Selleckchem | S7086 | Wnt-inibidor KnockOut |
| Substituição de soro | Gibco | 10828028 | |
| LDN-193189 2HCl | Selleckchem | S7507 | BMP-inibidor |
| Placas de 24 poços de baixa adesão Placas de 6 poços | Corning | 3473 | |
| Placas de 6 poços de baixa adesão | Corning | 3471 | |
| Meio de manutenção (MM) | Tecnologias STEMCELL | 85850 | Suplemento médio |
| de N2 | Gibco | 17502048 | |
| Soro de burro normal | Solarbio | SL050 | Tampão de bloqueio |
| Paraplast | Leica | 39601006 | Incorporação de tecido |
| PBS pH 7,4 básico (1x) | Gibco | C10010500BT | sem Ca +, Mg + |
| Reconbinante proteína morfogenética óssea humana-4 (rhBMP4) | R & D | 314-BP | Fator de proteína chave |
| Ácido retinóico | Sigma | R2625 | Pó, mantenha fora da luz |
| SB431542 | Selleckchem | S1067 | ALK5-inibidor |
| SU5402 | Selleckchem | S7667 | Inibidor de tirosina quinase |
| Super PAP Pen | ZSGB-BIO | ZLI-9305 | |
| Taurina | Sigma | T0625-10G | |
| Tioglicerol | Sigma | M1753 | |
| Triton X-100 | Sigma | X100 | Permeabilização |
| WA09 linha de células-tronco embrionárias | WiCell Research Institute | Linha celular | |
| xileno | SINOPHARM | 10023418 | desparafinação |
| Y-27632 2HCL | Selleckchem | S1049 | inibidor de ROCHA |
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