用CRISPR制备视网膜神经细胞

【字体: 时间:2015年12月02日 来源:生物通

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  最近,美国约翰霍普金斯大学的研究人员,开发出一种方法,能有效地将人类干细胞转化为视网膜神经节细胞。这些细胞的死亡和功能障碍可导致一些疾病患者的视力丧失,如青光眼和多发性硬化症。相关研究结果发表在最近的《Scientific Reports》。

  

生物通报道:最近,美国约翰霍普金斯大学的研究人员,开发出一种方法,能有效地将人类干细胞转化为视网膜神经节细胞——位于视网膜内的神经细胞类型,可将来自眼睛的视觉信号传递到大脑。这些细胞的死亡和功能障碍可导致一些疾病患者的视力丧失,如青光眼和多发性硬化症。

本研究负责人、约翰霍普金斯大学医学院眼科学教授Donald Zack博士指出:“我们的工作不但会让我们更好地了解视神经的生物学,而且也给我们带来一个细胞为基础的人体模型,可用于发现阻止或治疗致盲疾病的药物。而且,最终它可能会促进细胞移植疗法的发展,恢复青光眼和MS患者的视力。”

相关研究结果发表在最近的《Scientific Reports》,使基因修饰的一个人类胚胎干细胞系,在分化为视网膜神经节细胞后变得发亮,然后使用该细胞系用于开发新的分化方法,并表征所得到的细胞。

研究人员利用称为CRISPR-Cas9的基因组编辑工具,向干细胞的DNA中插入一个荧光蛋白基因。这种红色荧光蛋白只有在一个基因(Brn3b(Pou4f2)表达的时候才会被表达。BRN3B在成熟的视网膜神经节细胞中表达,所以一旦细胞分化成为视网膜神经节细胞后,在显微镜下会显现出红色。延伸阅读:首次用CRISPR制备微型肾脏

接下来,他们使用了一种称为荧光激活细胞分选的技术,将新分化的视网膜神经节细胞从不同细胞的混合物中分离出来,成为一个高纯度的细胞群体以供研究。Zack说,表现出生物学和物理学性质(在视网膜神经节细胞中可见)的细胞自然地产生。

研究人员还发现,在这一过程的第一天添加一种天然植物化学物质(称为毛喉素forskolin),可帮助改善细胞转化为视网膜神经节细胞的效率。研究人员警告说,毛喉素——也被广泛用作一种减肥剂成分和肌肉补充剂,被吹捧为多种疾病的中药疗法,但其用于失明或其他障碍的治疗或预防的安全性和有效性,并没有科学证据。

本文第一作者、约翰霍普金斯大学毕业生、Novartis制药公司博士后Valentin Sluch指出:“在培养的第三十天,在荧光显微镜下有明显的可见细胞团块。”在到Novartis之前,Sluch在约翰霍普金斯大学完成了本项研究。

Sluch说:“当它首次起作用的时候,我非常激动。我从显微镜边跳起来跑去告诉我的同事。现在看来,我们可以把细胞分离出来,并在一个纯培养物中研究它们,这在以前是不可能的。”

Zack说:“我们真的认为这只是一个开始。”在利用CRISPR的后续研究中,他的实验室希望找到对神经节细胞存活和功能非常重要的其他基因。他表示:“我们希望,这些细胞最终能促进开发新的治疗方法,来治疗青光眼和其他形式的视神经疾病。”

为了使用这些细胞为MS开发新的疗法,目前Zack博士正在与约翰霍普金斯大小多发性硬化症中心主任及神经学教授Peter Calabresi合作。

(生物通:王英)

生物通推荐原文摘要:
Differentiation of human ESCs to retinal ganglion cells using a CRISPR engineered reporter cell line
Abstract: Retinal ganglion cell (RGC) injury and cell death from glaucoma and other forms of optic nerve disease is a major cause of irreversible vision loss and blindness. Human pluripotent stem cell (hPSC)-derived RGCs could provide a source of cells for the development of novel therapeutic molecules as well as for potential cell-based therapies. In addition, such cells could provide insights into human RGC development, gene regulation, and neuronal biology. Here, we report a simple, adherent cell culture protocol for differentiation of hPSCs to RGCs using a CRISPR-engineered RGC fluorescent reporter stem cell line. Fluorescence-activated cell sorting of the differentiated cultures yields a highly purified population of cells that express a range of RGC-enriched markers and exhibit morphological and physiological properties typical of RGCs. Additionally, we demonstrate that aligned nanofiber matrices can be used to guide the axonal outgrowth of hPSC-derived RGCs for in vitro optic nerve-like modeling. Lastly, using this protocol we identified forskolin as a potent promoter of RGC differentiation.

 

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