Stem Cell Rep：新研究利用猪诱导性多能干细胞构建出猪视网膜类器官

在人眼内部，视网膜由几种类型的细胞组成，包括启动导致视觉的级联事件的感光细胞。对感光细胞的损害，无论是通过退行性疾病还是损伤，都会导致永久性视力障碍或失明。

使用实验室培养的感光细胞进行干细胞替代治疗是对抗视网膜疾病的一种有前景的策略。挑战在于，旨在替代感光细胞的干细胞治疗需要首先在动物身上进行测试。由于人类细胞与其他物种不相容，移植后很快就会遭受免疫排斥，因此很难评估它们的潜力。

威斯康星大学麦迪逊分校麦克弗森眼科研究所所长David Gamm说，“猪和人类视网膜有许多共同的关键特征，使猪成为模拟人类视网膜疾病和测试眼部疗法的理想选择。通过在猪身上测试‘与人类等效’的感光细胞，我们可以更好地了解这些细胞在没有立即受到宿主动物攻击的情况下可以做什么。”

在一项新的研究中，Gamm实验室与莫里奇研究所的研究人员合作开发了实验室培养的猪视网膜类器官。他们发现，猪衍生的感光细胞与人类视网膜类器官制造的感光细胞有许多相似之处。相关研究结果发表在Stem Cell Reports杂志上。

论文第一作者Kim Edwards说，“这是人们第一次制造猪视网膜类器官。这是人们第一次将人类视网膜类器官与另一种物种的视网膜类器官进行比较。”

Gamm说，“人类视网膜类器官内的感光细胞可以对光做出反应，并通过突触连接相互沟通。为了确定它们是否可以在受损的视网膜内连接并恢复视力，我们需要在猪身上进行移植和测试。”

Edwards说，要获得高质量的视网膜类器官，重要的是从高质量的干细胞开始。他们与莫里奇研究所Jamie Thomson实验室前博士后、卡尔加里大学助理教授Li-Fang Chu合作，获得了猪诱导性多能干细胞（iPS细胞）。

从历史上看，Thomson实验室一直擅长制造人类iPS细胞。但事实证实，为猪等其他物种制作iPS细胞真地很有挑战性。Chu已经解决了这个问题。在成功生成猪iPS细胞后，下一个挑战是促进它们分化为视网膜细胞。Edwards首先使用Gamm实验室建立的人类视网膜类器官方案，看看这种方案是否对猪iPS细胞有用。该方案的时间是基于人类40周的妊娠期，但他们指出，猪的妊娠期只有这个时间的一半左右。所以，他们想知道，如果使用相同的方案，但能否把时间减半呢？

Edwards 说，“我们能够从中制造出很多猪视网膜类器官，这真地很令人兴奋。这是一个很好的概念证明，表明如果我们要分化为特定的细胞类型，我们真地需要注意妊娠差异和这些细胞之间的内在差异。”

他们使用免疫细胞化学技术，在猪和人类视网膜类器官模型中，对与早期和晚期发育时存在的特定视网膜细胞相关的蛋白进行了表征。为了更深入地分析，Gamm实验室与莫里奇研究所计算生物学家Beth Moore合作，使用单细胞RNA测序（RNA-seq）研究这些细胞内的基因表达。

这些视网膜类器官被分解成单个细胞，每个细胞都被贴上条形码并单独测序。然后，捕获的数据被用于将相似的细胞分组在一起，从而深入了解视网膜类器官中发现的所有细胞类型的性质，包括视杆细胞和视锥细胞以及视网膜神经节细胞等其他细胞类型。

在数据分析方面，Moore解释说，每个细胞都被包裹在一个含有测序条形码的液滴中。但有时，一个液滴会包裹多个细胞，或者液滴可能是空的，不包含任何细胞，这会在测序数据中引入错误。

Moore 说，“这真地会打乱你的分析，尤其是当你试图识别不同的细胞类型时。”Moore开发了一个分析管道来过滤掉任何不需要的序列并对数据进行归一化。然后，她绘制了不同簇中表达的基因图谱，这些基因可以映射到特定的细胞类型，并与免疫细胞化学结果进行比较。

另一个挑战是猪和人类基因组之间的显著差异，这意味着Moore 还必须研究这两个物种的已知基因列表，并将其与基因组序列相匹配，以绘制出不同的细胞类型。

研究人员已经开始使用来自猪视网膜类器官的感光细胞在猪身上进行移植，以确定它们是否与下游神经元建立连接并形成突触。

Edwards说，“我们很高兴地表明，你可以从不同的物种中生长出这些视网膜类器官，世界各地的许多群体都开始制造它们。这一切都始于拥有良好的干细胞。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Kimberly L. Edwards et al, Robust generation of photoreceptor-dominant retinal organoids from porcine induced pluripotent stem cells, Stem Cell Reports (2025). DOI: 10.1016/j.stemcr.2025.102425.