Modelování očních vývojových onemocnění z 3D kultur organoidů optických váčků odvozených z hiPSC pacientů s očními malformacemi (OrganoEye)

Schopnost oka vykonávat své zrakové funkce závisí na jeho trojrozměrné struktuře. Oční morfogeneze je komplexní proces, který začíná u člověka již ve 4. týdnu embryonálního života a vyžaduje koordinované interakce mezi různými embryologicky odlišnými tkáněmi zahrnujícími vysoce konzervované geny (Cardozo MJ, 2023). Narušení v kterékoli z těchto fází očního vývoje v důsledku genetických, toxických nebo environmentálních faktorů může vést k poruchám růstu nebo tvorby oční koule. Mezi nejčastější oční vývojové anomálie patří mikroanoftalmie, kolobom, dysgeneze předního segmentu a aniridie (Plaisancie J, 2019). Většina těchto anomálií je genetického původu. Primární překážkou v pochopení těchto onemocnění je nedostatek snadno dostupné tkáně pro odběr vzorků, což by umožnilo expresní analýzy a studium základních molekulárních mechanismů.

V této skupině patologií bylo pochopení patofyziologických mechanismů a terapeutický vývoj donedávna značně omezené a spoléhalo se téměř výhradně na vytvoření geneticky modifikovaných zvířecích modelů, což je postup, který je zdlouhavý, nákladný a těžkopádný. Navíc rutinní diagnostické použití tohoto modelu není v nemocničním prostředí proveditelné. Proto je nutné vyvinout nové nástroje a modely, které by pokročily v porozumění a léčbě těchto patologií. Použití lidských indukovaných pluripotentních kmenových buněk (hiPSC) nyní umožňuje pochopení složitosti raného vývoje orgánů prostřednictvím vytváření 3D buněčných modelů. Nedávné studie skutečně ukázaly, že mozkové organoidy odvozené od hiPSC si zachovávají ve specifickém kultivačním prostředí vnitřní schopnost vyvíjet optické váčky (OV), které napodobují raný fyziologický oční vývoj a obsahují různé oční tkáně (Gabriel E, 2021).

Model optických vezikulových organoidů (OVBO) tak představuje preferovanou alternativu k zvířecímu modelu při studiu patofyziologických mechanismů a jejich použití v preklinických studiích. Kromě etických a finančních ohledů má tato metoda četné výhody, zejména umožňuje studium defektních mechanismů přímo z buněk pacienta (přesná medicína). Výzkumníci již vyvinuli model OVBO z kontrolních linií hiPSC a charakterizovali model za „fyziologických“ podmínek.

Další krok k pochopení modelu a prokázání jeho užitečnosti u pacientů se opírá o studium indukovaného fenotypu v modelech OVBO generovaných z hiPSC od pacientů s geneticky charakterizovanými očními malformacemi. Tyto „patologické“ modely OVBO umožní podrobné studium molekulárních a buněčných bází zahrnutých u těchto pacientů. Jakmile bude relevance modelu prokázána při modelování vývojových patologií oka, výzkumníci se pokusí ukázat, že model OVBO představuje robustní alternativu k myšímu modelu v preklinických testech.