人源胚胎干细胞由来视网膜移植再生成功

生命科学 2018年03月07日

据理化学研究所(理研)、实验动物中央研究所(实中研)、大日本住友制药和日本医疗研究开发机构于2018年3月2日联合发布的新闻稿报道,由前三所研究机构的研究者组成的研究团队,将来源于人类胚胎干细胞(embryonic stem cell,简称ES)的视网膜组织移植到患有严重免疫缺陷病小鼠的晚期视网膜变性模型中,成功再生了完善的形态和机能。本研究成果已在线发表于2018年3月1日的《Stem Cell Reports》上。

视网膜色素变性(Retinitis Pigmentosa,RP)是一种进行性、遗传性的退行性病变。该病变的症状先是视网膜层周边分布的视杆细胞退化,然后中心部位的视锥细胞继发性退化,导致视野变窄、视力逐步下降最终失明。如果找到致病基因,可能采取早期预防性治疗,但目前对晚期病变缺乏有效的治疗手段。

已报道立体视网膜细胞可以有效地从人源胚胎干细胞或人工诱导多功能性干细胞(induced pluripotent stem cell,iPS cells)中分化出来,其临床应用也备受期待。之前有报道称利用丧失视觉机能,但仍保留着视细胞形态的小鼠模型,将视细胞分散移植整合后视觉机能得到了恢复。但最近研究发现,移植后机能恢复是发生移植视细胞向被植入区域残存视细胞内转移胞内物质的结果。

来自理研的开发专项副负责人万代道子此前将来源于小鼠胚胎干细胞/多功能干细胞的视网膜组织移植到视细胞退化、完全不能感光的晚期视网膜变性小鼠模型上,移植成熟后的组织细胞与被植入区域的神经细胞成功对接整合,感光功能得以恢复。另外,源于人类胚胎干细胞的视网膜组织被移植到免疫缺陷大鼠和视细胞变性猴等模型中后也被报道可实现形态学和组织学成熟。但是,人源干细胞由来的移植物是否对光有感应性仍需验证。对人移植视细胞的机能验证,要区别开是移植视细胞对模型动物中残存细胞机能的保护,还是直接实现感光功能。这有必要采用特殊的视细胞残存机能几近为零的晚期模型。然而,在诸如高度退化的小鼠、大鼠等晚期视网膜变性模型中,存在人视网膜组织难以成熟的问题。

PHOTO

图1 人类胚胎干细胞由来的视网膜植入NOG-rd1小鼠成熟后电子显微镜照(作为机能成熟指标的视细胞感光必须的感光物质:中/长波长反应性视锥色素(M/L-视蛋白),短波长反应性视锥色素(S-视蛋白),视杆细胞的视紫红质等在视细胞的外节区域都有强烈表达。黄色箭头指示外节区域,红色箭头指示细胞体。)

本次共同研究团队成功制备了完全无排斥反应的严重免疫缺陷小鼠的晚期视网膜变性模型(NOG-rd1小鼠),为移植后机能验证提供了可能。当把人类胚胎干细胞来源的视网膜组织移植到NOG-rd1小鼠后,经过半年视细胞成熟整合[图1]。通过电子显微镜可确认外节构造的形成和感光色素的生成。此外,将被移植部位的视网膜取出,用多电极阵列系统进行检查,证实存在对光的感应 [图2]。

PHOTO

图2 视网膜移植后成熟确认和光感应验证实验示意(将人源胚胎干细胞分化出来的视网膜组织切离,移植到8周龄的严重免疫缺陷的晚期视网膜变性模型小鼠(NOG-rd1)中。半年后移植组织确认成熟,摘出视网膜,使用多电极阵列系统检测是否有光感应,并将信号传输到被植入区域的神经节细胞(与大脑相连的视网膜细胞)。)

本研究成果为人类胚胎干细胞由来视网膜组织的临床应用奠定了基础,将来对人移植的临床验证值得期待。

文/客观日本编辑部
图/3月2日新闻稿

参考文献:
1. Satoshi Iraha, Hung-Ya Tu, Suguru Yamasaki, Takahiro Kagawa, Motohito Goto, Riichi Takahashi, Takehito Watanabe, Sunao Sugita, Shigenobu Yonemura, Genshiro A Sunagawa, Take Matsuyama, Momo Fujii, Atsushi Kuwahara, Akiyoshi Kishino, Naoshi Koide, Mototsugu Eiraku, Hidenobu Tanihara, Masayo Takahashi, Michiko Mandai, Establishment of Immunodeficient Retinal Degeneration Model Mice and Functional Maturation of Human ESC-Derived Retinal Sheets after Transplantation, Stem Cell Reports (2018), https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2018.01.032

相关链接:
人类胚胎干细胞由来视网膜移植后机能确认——培育重度免疫缺陷晚期视网膜变性小鼠模型,移植后进行光感应检验(日文)[网址]

相关阅读