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近日，德國波恩大學及圖賓根大學的研究團隊在 Cell Stem Cell 發表研究，構建了一種短暫血管化的人源視網膜類器官模型。

本研究提出了一個不同的思路：血管并不需要長期存在，只需在關鍵發育階段短暫介入，就足以重塑神經細胞的命運軌跡。

一、研究背景與核心問題

問題背景：

視網膜類器官（RO）是研究人類視網膜發育和疾病的理想模型，但缺乏血管系統導致：

• 內部缺氧；

• 視網膜神經節細胞（RGC）早期退化；

• 功能成熟受限；

• 長期培養困難。

研究目標：

構建一種短暫血管化的人類視網膜類器官（vRO），通過引入血管樣網絡和微流控軸突引導，延長RGC存活時間，提升其功能成熟度，并實現光感受器驅動的視網膜環路功能。

二、技術路線與實驗設計

1. 血管化策略

誘導內皮細胞（EC）：使用ETV2.2轉錄因子將hiPSC分化為EC，并標記EGFP。

共培養方式：第7天將視網膜類器官（EB）置于預鋪EC單層的Matrigel上，避免早期干擾EB形成。

結果：PECAM1+血管樣結構整合入類器官，持續至22周，形成管腔結構并可灌注染料。

2. 微流控+MEA電生理平臺

微流控裝置：PDMS材質，雙腔室通過微通道連接，引導RGC軸突定向生長。

多電極陣列（MEA）：記錄軸突電活動，支持長期培養與刺激。

光遺傳學工具：使用f-ChRimson（紅光激活的通道蛋白）特異性標記RGC，實現精準激活。

三、主要實驗結果

1. 血管結構成功整合

PECAM1+結構在vRO中持續存在至22周；

管腔結構可灌注染料（Dx-598），提示功能性；

降低缺氧（Image-iT Green Hypoxia Reagent）；

減少凋亡（Annexin V+細胞減少）；

類器官體積顯著增大。

2. RGC存活顯著增強

18周時，vRO中RGC（POU4F1+）比例達18.2%，而對照組僅1.2%；

RT-qPCR顯示RGC標志物（POU4F1、SLC17A6）表達持續升高；

單細胞測序顯示vRO中RGC成熟度更高（52% vs 36%為“命運承諾"狀態）。

3. 功能電生理提升

自發活動：vRO中RGC放電頻率更高，網絡同步性更強；

光遺傳刺激：vRO中響應神經元比例、放電強度、 fidelity（響應可靠性）均顯著高于對照；

gap junction抑制劑（CBX）可減弱網絡同步性，提示電突觸參與。

4. 光感受器驅動的視覺環路功能（31周）

使用470nm（藍光）與580nm（黃光）刺激，繞過光遺傳工具；

成功記錄到ON、OFF、ON-OFF三類RGC反應；

ON-OFF型神經元占比，反應；

表明視網膜垂直通路（PR→ bipolar → RGC）功能成熟。

5. 模擬病理性新生血管（ROP模型）

低氧（4% O?）+ CoCl? + VEGF處理；

vRO中PECAM1+血管面積與長度顯著增加；

光感受器標志物（ARR3、RHO）表達升高；

成功模擬早產兒視網膜病變（ROP）的血管增生特征。

四、創新點總結

五、潛在應用方向

六、局限性與未來方向

七、總結

本研究通過短暫血管化+微流控引導+光遺傳+電生理，在體外構建出功能成熟、具備ON/OFF/ON-OFF光反應的人類視網膜類器官，為視網膜疾病研究、藥物篩選與再生治療提供了的功能性人類模型平臺。

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