Orphanet Journal of Rare Diseases | iPSC来源的视网膜类器官在遗传性视网膜疾病研究中的进展

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本文系统综述了iPSC来源的视网膜类器官在模拟视网膜发育及遗传性视网膜疾病机制中的应用，强调其在疾病建模与药物筛选中的潜力，为罕见视网膜疾病研究提供了新的体外模型策略。

 

文献概述
本文《Progress of iPSC-derived retinal organoids in the study of inherited retinal diseases》，发表于《Orphanet Journal of Rare Diseases》杂志，回顾并总结了iPSC来源的视网膜类器官（RO）在研究遗传性视网膜疾病（IRDs）中的最新进展。研究指出，传统的二维细胞模型和动物模型在IRD研究中存在显著局限，而视网膜类器官（RO）能够有效模拟视网膜的三维结构、细胞组成及生理功能，为疾病机制解析和精准治疗探索提供了有力工具。文章还系统比较了RO与体内视网膜发育的相似性，并讨论了其在多种IRD疾病模型（如RP、Rb、LCA、XLRS）中的应用。

背景知识
遗传性视网膜疾病（IRDs）是一类由超过280个致病基因突变的罕见眼病，常导致光感受器细胞退化并伴随视力丧失。由于缺乏合适的临床前模型，IRD研究和治疗开发面临巨大挑战。视网膜类器官（RO）技术近年来取得了显著进展，尤其是由诱导多能干细胞（iPSC）分化而来的RO，能够模拟视网膜发育过程，并重现视网膜细胞的层级结构与功能特征，如光转导、突触连接等。这些模型在RP、Rb、LCA和XLRS等疾病研究中显示出良好的表型再现能力，并可用于高通量药物筛选和机制探索。尽管如此，类器官的成熟度、结构一致性及操作复杂性仍是当前研究中的主要技术难点。本文基于现有研究，综合分析了RO在IRD机制研究、疾病建模及治疗开发中的优势，并探讨了其未来临床转化潜力。

 

在设计实验前，可以用来初步预测基因敲除可能产生的表型。

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研究方法与实验
研究采用iPSC诱导分化为RO的3D培养体系，并结合2D/3D混合培养以提高分化效率。通过调节Wnt、Nodal、Notch、TGF-β、Shh等信号通路，优化培养条件，如添加DAPT、Wnt抑制剂、retinoic acid、taurine、BMP4、IGF-1等因子。此外，研究人员还采用单细胞RNA测序、电生理记录、钙成像等技术验证RO中视网膜细胞的成熟度与功能，如光转导、突触连接和细胞极性等。实验进一步利用患者来源的iPSC构建疾病特异性RO模型，并结合CRISPR/Cas9基因编辑技术研究致病突变的分子机制。

关键结论与观点

• RO能够模拟视网膜发育的三个主要阶段：视泡形成、视杯形成及光感受器分化，其结构与功能与体内视网膜高度相似。
• 在RP、Rb、LCA和XLRS等疾病模型中，RO成功再现了相关基因突变（如USH2A、RHO、CEP290、RS1）导致的发育异常、光转导缺陷及细胞凋亡增加等病理特征。
• 通过药物干预（如Topotecan、TW-37）或基因修复（如CRISPR/Cas9介导的RS1修复），可部分恢复RO中的视网膜功能，提示其在药物筛选和个性化治疗中的应用潜力。
• RO技术已实现从iPSC到多种视网膜细胞类型的分化，包括视网膜神经节细胞、水平细胞、双极细胞、Müller胶质细胞等，且可稳定表达关键光转导蛋白（如rhodopsin、opsin）。
• 尽管RO在模拟视网膜发育方面表现出色，但仍存在分化效率低、成熟度不足及操作复杂等挑战，需要进一步优化培养条件和标准化流程。

研究意义与展望
RO为IRD研究提供了可操作的人源性模型，有助于揭示疾病机制并推动精准治疗。未来研究应聚焦于提高RO的可重复性和功能性，促进其在临床前试验和再生医学中的应用。此外，结合类器官与生物反应器、共培养系统等技术，可能进一步提升RO的生理相关性，为基因疗法、细胞移植和药物开发提供更可靠的平台。

 

一个快速将DNA或RNA序列大致定位到基因组的实用工具。

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结语
视网膜类器官技术是近年来视网膜疾病研究的重要突破，基于iPSC的RO模型能够有效重现人视网膜的发育过程与细胞组成，并在结构与功能层面模拟多种IRD疾病表型。该技术为解析遗传性视网膜疾病的分子机制、筛选潜在治疗药物以及开发个性化治疗策略提供了有力工具。尽管仍面临成熟度与效率等挑战，RO在RP、Rb、LCA及XLRS等疾病模型中的成功应用已显著推动了视网膜疾病研究的转化进程。未来，随着培养体系优化、基因编辑技术结合以及多组学分析深入，RO有望成为IRD研究与治疗开发的核心平台，为精准医学与再生治疗提供坚实基础。

 

Bochen Liu, Yi Liu, Haiyan Zhang, Jing Huang, and Guohua Liu. Progress of iPSC-derived retinal organoids in the study of inherited retinal diseases. Orphanet Journal of Rare Diseases.