人类视网膜类器官中光感受器的功能发育

《Stem Cell Research & Therapy》：Functional development of photoreceptors in human retinal organoids

　　

摘要

背景

源自人类多能干细胞的视网膜类器官（ROs）在模拟视网膜发育和疾病方面至关重要。然而，ROs中光感受器的功能电生理成熟过程仍知之甚少。本研究旨在确定人类胚胎干细胞（hESC）衍生的ROs中光感受器的功能成熟时间线。

方法

本研究使用了含有CRX-tdTomato报告基因线的H9 hESC衍生的ROs，以特异性识别光感受器。通过RNA测序分析、免疫荧光染色和全细胞膜片钳记录等综合方法，系统地评估了光感受器在300天分化过程中的成熟情况。

结果

转录和蛋白质分析显示关键离子通道的表达逐渐上调。膜片钳记录显示膜特性随发育阶段而成熟，这一过程在D120–125天时达到稳定。由超极化激活的环核苷酸门控（HCN）通道介导的电流（I_h）逐渐增加，在D240天时达到峰值，其幅度与成熟灵长类动物的光感受器相当。电压门控钠（Nav）电流也表现出显著的发育性上调，从D210–215天开始进入一个最大且稳定的平台期。药理学阻断实验确认了HCN和Nav电流的身份。重要的是，产生动作电位（AP）的能力随发育而增强，能够产生AP的光感受器比例从D90–95天的16.7%增加到D240–245天的90.2%。

结论

本研究为人类ROs中的光感受器建立了一个全面的电生理成熟时间线，并将D240天确定为功能成熟的关键节点，此时I_h电流和AP生成能力达到与成熟天然光感受器相当的水平。这些发现为标准化RO的质量控制提供了重要的生理依据，从而提高了它们在模拟视网膜退行性疾病和开发细胞替代疗法方面的应用价值。