Роговица — это аваскулярная, прозрачная ткань, образующая внешний слой глаза, состоящая в основном из трёх слоёв: эпителиального внешнего слоя, стромального слоя с богатым коллагеном внеклеточного матрикса, заполненного кератоцитами, и эндотелиальногоклеточного слоя 1. Роговица играет важную роль в зрении, защищая внутренние структуры зрения и преломляя свет.
Аниридия — это редкое врождённое паннокулярное заболевание, вызванное главным образом гетерозиготными мутациями в парном боксовом гене 6 (PAX6), главном регуляторе развития глаз, и характеризуется частичным или полным отсутствием радужки2. Помимо гипоплазии или отсутствия радужки, у большинства пациентов развиваются прогрессирующие аномалии роговицы, известные как кератопатия, ассоциированная с аниридиями (AAK), которая включает дефекты эпителия, дисфункцию лимбальных стволовых клеток, изменения стромы и прогрессирующую затуманенность роговицы, что в конечном итоге приводит к нарушению зрения. ААК поражает примерно 78–90% пациентов с аниридией, с возрастающей тяжестьюсо временем 3. Мы стремились создать подробный и воспроизводимый протокол для получения органоидов роговицы из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC), полученных пациентами в аниридии, для моделирования заболеваний-реальных изменений роговицы in vitro. Хотя животные модели и экс виво исследования дали ценные сведения о патогенезе аниридии, различия в отношении вида и ограниченный доступ к тканям пациентов ограничивают их трансляционную значимость.
Органоиды, полученные от iPSC, стали мощными in vitro системами для моделирования развития человека и заболеваний 4,5. Органоиды роговицы, в частности, позволяют создавать трёхмерные тканеподобные структуры, более близкие к нативной архитектуре роговицы, включая стратифицированную эпителиальную организацию, стромально-эпителиальные взаимодействия и внеклеточное отложение матрикса, по сравнению с традиционными двумерными монослойными культурами, которые не имеют пространственной организации, физиологических взаимодействий между клетками и микроэкологическойсложности 4,5. Несколько стратегий дифференцировки, включая методы SEAM и глазные предшественники, приводят к образованию тканей, похожих на роговицу, изiPSC 6. Эти подходы обычно включают начальную фазу индукции глазной линии, затем прогрессивную спецификацию тканей и отбор из гетерогенных популяций глазных предков. Создание органоидов роговицы даёт возможность изучать различные типы клеток, присутствующие в тканироговицы 7,8. Кроме того, органоиды роговицы у пациентов с аниридиями, полученные на основе iPSC, позволяют изучать генетический фон заболевания и предоставляют уникальную возможность для изучения аниридии.
В настоящем протоколе как линии iPSC, так и дикого типа, происходящие из аниридий, подвергаются идентичной многоступенчатой стратегии дифференцировки, включающей последовательное воздействие дифференцированию (СД), дифференциации сетчатки (РДМ) и среде дифференцировки роговицы (КДМ) в течение длительного недельного периода культурирования. Критически важным экспериментальным этапом является переход от адхерентной культуры к условиям подвешения, в ходе которых поддерживаются отдельные области, похожие на роговицу, для стимулирования самоорганизации эпителия.
Хотя этот подход поддерживает воспроизводимое создание эпителиальных структур, похожих на роговицу, подходящих для сравнительного моделирования заболеваний, он не полностью воспроизводит сложные признаки in vivo , такие как нейронная иннервация или полная организация лимбальных нишей, которые следует учитывать при оценке применимости метода.
В этом контексте мы описываем стандартизированный протокол получения органоидов роговицы из iPSC, полученных пациентами, несущих мутации PAX6 , связанные с аниридией. Важно, что сама стратегия дифференцировки не изменяется между линиями дикого типа и аниридий; вместо этого специфические для заболевания фенотипы возникают из генетического фона, специфичного для пациента, в рамках единой экспериментальной структуры.
В целом этот метод предоставляет надёжную и воспроизводимую платформу для изучения развития роговицы и механизмов заболеваний, связанных с аниридиями, и может служить основой для будущих механистических и трансляционных исследований.