2023年9月14日
HANNAH THOMASY，博士
来自干细胞的细胞疗法有一天可以预防视力丧失，甚至可以恢复视网膜退行性疾病患者的视力。
这只黑老鼠平静地躺在一根透明的管子里，嗅着空气，鼻子轻轻地抽动着。它的眼睛跟随着屏幕上从左到右滚动的黑白竖条。对于一只正常的老鼠来说，这不会特别令人印象深刻；老鼠和人类都会不由自主地用眼睛跟随这些移动的线条。
然而，对于这只特殊的老鼠来说，这是一项令人印象深刻的壮举。这只大鼠被称为皇家外科学院大鼠，或RCS大鼠，出生时患有导致视网膜感光细胞退化的基因突变。这种突变在它90天大的时候应该已经使它完全失明了。幸运的是，这只大鼠最终进入了加州大学欧文分校眼科研究员Magdalene Seiler的实验室，她使用从人类干细胞中生长的视网膜类器官使其恢复了部分视力。
左边是眼睛的横截面，右边是视网膜细胞的横截面。视网膜细胞包括神经节细胞、无长突细胞、米勒神经胶质细胞、水平细胞、视杆、视锥和视网膜色素上皮。
研究人员试图通过更换光感受器（视杆细胞和视锥细胞，红色和橙色）和视网膜色素上皮细胞（米色）来治疗视网膜退行性疾病。
虽然RCS大鼠并不是人类视网膜疾病的精确复制品，但它仍然是研究人员寻求治疗视网膜变性方法的重要模型。在人类中，涉及视网膜变性的疾病包括年龄相关性黄斑变性（AMD）和遗传性视网膜色素变性。视网膜变性疾病影响着全世界数亿人，并对日常生活质量产生巨大影响。对于大多数视网膜变性疾病，没有任何治疗方法可以阻止疾病的发展，更不用说恢复已经丧失的视力了。现在，像Seiler这样的研究人员正试图通过用实验室培养的干细胞衍生的视网膜细胞取代丢失的细胞来治愈这些使人衰弱的疾病。
保存支持细胞
虽然光感受器对视觉至关重要，但它们并不是孤立地发挥作用的。一层紧密堆积的细胞被称为视网膜色素上皮（RPE），它具有重要的支持功能，如回收光感受器碎片和介导营养物质从血液流向视网膜其他部位。AMD主要是一种RPE功能障碍的疾病，但一旦RPE被破坏，感光细胞也开始死亡，导致视力下降。如果科学家及时更换RPE层，他们可能能够阻止AMD的视力下降。
这正是美国国家眼科研究所的眼科和干细胞研究员Kapil Bharti正在尝试做的。这种方法的一个好处是RPE细胞相对容易从干细胞中衍生出来。与光感受器不同，它们不需要微调的光感测机制，也不需要与其他细胞形成精确的突触。
Kapil Bharti和他的团队从患者自身的诱导多能干细胞中获得了一种可植入的视网膜色素上皮贴片。
为了实现这一目标，巴蒂和他的团队首先优化了从患者血液中获得细胞的过程，将其转化为诱导多能干细胞，然后诱导它们成为RPE细胞。使用患者自身的细胞可以消除排斥反应的风险和对免疫抑制剂的需求，但这是一个缓慢而费力的过程。Bharti说：“我们需要设计一个非常有效和可重复的方案，因为我们必须为每个患者进行细胞治疗。”。
先前的研究表明，简单地将RPE细胞注射到眼睛后部并不能产生结构适当的单细胞厚RPE层，因此研究团队在可生物降解的支架上创建了一个具有单层结构适当的RPE细胞的贴片。
接下来，他们在动物模型中测试了这种贴片。尽管改良版的贴片在大鼠模型中取得了成功，但大鼠的眼睛比人眼小得多。巴蒂说：“我们需要一个动物模型，在那里我们可以测试将进入患者体内的整个贴片，面积为8平方毫米。”。“我们还需要开发手术程序，并优化将贴片输送到眼睛后部的工具。”
为此，研究人员转向了猪。他们使用微脉冲激光只损伤猪RPE细胞，然后将人类RPE贴片移植到受损区域。在接下来的十周里，研究人员发现，大多数移植细胞存活下来，整合到猪的视网膜中，最重要的是，这保护了它们的感光细胞免受退化。
我们希望在AMD的早期阶段移植我们的贴片，这样我们可以阻止严重的视力损失
这项临床前工作的成功促使研究人员启动了一项临床试验，并于2022年8月，该试验的第一名患者接受了源自他或她自己干细胞的RPE贴片。在这一早期阶段，研究人员主要寻求确定这种治疗的安全性和可行性，因此正在招募已经处于疾病晚期的患者。Bharti说，在未来的试验中，“我们希望在AMD的早期阶段移植我们的贴片，这样我们可以阻止严重的视力损失。”
如果成功，这种治疗可能会改变患者的生活，确保AMD不再是一种导致患者失明的疾病。然而，RPE贴片无法恢复已经死亡的感光细胞，也无法治疗视网膜色素变性等疾病，其中感光细胞是主要受影响的细胞。在这种情况下，研究人员必须克服制造和移植感光细胞这一棘手的任务。
光感受器替代步骤
David Gamm现在是威斯康星大学麦迪逊分校（UW Madison）的视觉研究员，在密歇根大学攻读医学博士/博士学位时，他第一次对光感受器着迷。这种迷恋使他选择眼科作为自己的医学专业。
Gamm说：“不幸的是，作为一名儿科眼科医生，我经常做的一件事就是诊断视网膜色素变性。”。“与我在诊所或手术室可以解决的许多其他问题不同，这是我无法解决的一件事。”
David Gamm花了数年时间开发将干细胞转化为光感受器的方案，希望有一天能治疗视网膜色素变性等疾病。
视网膜色素变性影响大约四千分之一的人。它是由数十种不同基因中的任何一种突变引起的，在生命的早期会导致光感受器死亡和严重的视力丧失。
“我开始思考如何保持感光细胞的健康。我们如何保持它们的活力？当它们消失时，我们如何替换它们？”
1998年生物学家詹姆斯·汤姆森首次成功分离出人类胚胎干细胞后，在甘姆在威斯康星大学麦迪逊分校的眼科期间，该大学成为了干细胞研究的中心。Gamm投身于干细胞研究，开始了将干细胞诱导成功能性光感受器的漫长旅程，他相信有一天可以取代那些因疾病而失去的光感受器。这不是一项容易的任务。光感受器需要复杂的细胞内机制将光转化为神经系统可以理解的信号。
2012年，Gamm的研究团队成功地使用源自人类血液的诱导多能干细胞创造了类似于视囊泡的结构，即在发育成眼睛的早期胚胎中观察到的囊泡。四年后，Gamm和FUJIFILM Cellular Dynamics共同创立了Opsis Therapeutics，将这项研究发展为治疗视网膜变性疾病的细胞替代疗法。
最终，威斯康辛大学麦迪逊分校的研究小组创造了似乎具有所有正确机制的光感受器，但是，甘姆说，“我们不知道它们是否真的可以完成检测光并将其转换为电信号的工作。” 为了找到答案，Gamm 与威斯康星大学麦迪逊分校的神经科学家 Raunak Sinha 合作他是专业从事视觉处理的人。研究小组发现，大约 35% 的干细胞衍生视锥细胞（负责色觉的光感受器）的行为与非人类灵长类动物的视锥细胞非常相似，它们以适当的方式对光和缺乏光做出反应 。尽管该团队仍在努力使这些反应在整个视锥细胞群体中更加一致，“从概念验证的角度来看，这表明这些细胞不仅仅是视锥细胞的模样；它们是细胞的一部分。” 它们实际上可以完成视锥细胞的工作，”甘姆说。
塞勒还一直致力于利用干细胞培养视网膜细胞。她目前正在探索这些如何能够恢复视网膜变性大鼠模型的视力。“因为有些疾病会影响视网膜色素上皮和光感受器，所以我们想尝试替换这两种细胞类型，”塞勒说。为了实现这一目标，塞勒的研究小组将视网膜类器官移植到视网膜退化大鼠的眼睛后部。此外，与南加州大学眼科医生 Biju Thomas 的研究团队合作，她的团队使用了含有一层 RPE 细胞的贴片，该贴片粘在含有感光祖细胞的视网膜类器官片上 。该贴片由人造布鲁赫膜支撑，
塞勒的团队证明，这些移植物不仅可以在大鼠眼中长期存活，而且还可以融入宿主视网膜。研究小组利用移动的黑白条来测试视力，发现接受治疗的老鼠的视力明显好于接受假手术的老鼠。研究小组还记录了大脑活动，发现接受治疗的老鼠的大脑对光有反应，而未经治疗的老鼠的大脑则没有，这进一步支持了视觉功能的改善 。
与 Bharti 的自体 RPE 试验不同，Gamm 和 Seiler 都在研究一种一刀切的方法：一种可以移植到任何人身上的现成补丁。使用单一产品而不是尝试为每个患者制作定制光感受器的优点是速度更快且更具成本效益。
巨大的期望
加姆说：“最终，在对人体进行实际测试之前，你不知道任何东西是否对人体有效。” 他相信，用不了多久，团队就准备好开始临床试验。
加姆警告不要对这些早期试验抱有过高的期望。“一开始，我们只是希望做出可衡量的改进。这可能是让一个看不见光的病人能够看到光，这样他们就能辨别是白天还是黑夜。或者让患者能够看到运动，这样他们就可以判断是否有汽车正在驶近，”Gamm 说。“我们不考虑把失明人的驾驶证归还给他们。对于研究早期来说，这是一个不切实际的期望。”
然而，从这些试验中仍然可以学到很多东西。“我们在细胞制造方面已经取得了长足的进步——我们所关注的是什么。但我们放置它们的地方仍然是一个大黑匣子，”Gamm 说。与标准化动物模型不同，每个患者都是不同的。即使有完美的产品，也不清楚将其放入患者眼睛后会如何发挥作用，特别是当持续的疾病使眼睛成为新细胞潜在的不利环境时。加姆将此比作将功能完美的发动机放入完全生锈的汽车中。选择合适的患者并仔细评估哪些患者反应良好、哪些患者反应不佳非常重要。Gamm 的研究小组以及其他研究小组正在研究可以使宿主视网膜成为移植细胞更适宜的环境的策略，
塞勒说，这些移植的细胞能持续多久也是一个悬而未决的问题。她创造的贴片可以在老鼠身上持续一年，但由于老鼠只能活两年左右，所以不可能测试贴片在这个物种中几年的表现。
尽管仍有一些问题有待解答和解决，但在创建实验室培养的视网膜细胞方面所取得的进展确实令人瞩目。缓慢但肯定的是，研究人员正逐渐接近阻止甚至逆转视网膜变性疾病引起的视力丧失。
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