Dans un article récent publié dans le Actes de l’Académie nationale des sciencesles chercheurs ont démontré avec succès que les organoïdes rétiniens (RO) cultivés en laboratoire créaient de nouvelles connexions synaptiques, établissant théoriquement leur potentiel pour traiter la cécité due aux maladies dégénératives rétiniennes (RDD).
Fond
Les cellules rétiniennes formant des synapses dégénèrent en raison de la dégénérescence maculaire, de la rétinite pigmentaire et de certaines lésions oculaires spécifiques. De même, les cellules ganglionnaires rétiniennes (RGC) dégénèrent dans les troubles du nerf optique tels que le glaucome. Les photorécepteurs et les RGC pourraient à nouveau rétablir les connexions synaptiques pendant une courte période.
Cependant, une fois perdues, les rétines de mammifères ne peuvent pas régénérer les neurones malgré la plasticité des tissus. Par conséquent, le succès de ces thérapies de remplacement des cellules neurales rétiniennes repose sur le potentiel des cellules neurales rétiniennes du donneur humain à établir de nouvelles connexions synaptiques.
Dans les études menées chez des primates non humains, le taux observé de synaptogenèse fonctionnelle après la transplantation de cellules souches pluripotentes humaines (hPSC)-RGC reste faible. Ainsi, il est urgent d’étudier le potentiel des neurones rétiniens donneurs dérivés de hPSC à fabriquer de novo synapses pour faire passer rapidement les thérapies de remplacement des cellules neurorétiniennes au stade des essais sur l’homme.
Plusieurs études ont décrit la structure et la fonction des synapses développées par les photorécepteurs dérivés de hPSC et d’autres neurones rétiniens dérivés de RO. L’un a mis en évidence des synapses fonctionnelles dans les RO non dissociés en fonction de l’emplacement des cellules et non de la localisation des marqueurs. Tandis qu’un autre a démontré que les photorécepteurs pas encore matures étendaient les axones après s’être dissociés des RO, mais seulement pendant une courte période.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont montré des photorécepteurs et des RGC abondants dans les RO de différenciation dérivés de hPSC, qui conservaient leur potentiel pour former de nouvelles connexions synaptiques après leur élimination de l’environnement RO.
Nous voulions utiliser les cellules de ces organoïdes comme pièces de rechange pour les mêmes types de cellules qui ont été perdues au cours des maladies rétiniennes. » « Tout cela mène, en fin de compte, à des essais cliniques sur l’homme, qui sont clairement la prochaine étape. »
David Gamm, professeur d’ophtalmologie UW-Madison et directeur du McPherson Eye Research Institute
Ces RO pouvaient également être produits en abondance et donnaient naissance à d’authentiques descendances de cellules rétiniennes. Les photorécepteurs et les RGC se différenciant au sein de ces RO ressemblaient à leurs in vivo homologues et présentaient toutes leurs caractéristiques, fonctionnelles et physiologiques. Ils ont également étendu les axones, ce qui implique qu’ils ont une diaphonie à travers les synapses, avec de petits espaces aux extrémités de leur cordon.
Tout d’abord, l’équipe a converti les RO tridimensionnelles (3D) dérivées de hPSC en un système de culture bidimensionnel et a déterminé la proportion de différentes classes de cellules. Au jour 80, ils ont dissocié les hPSC-RO WA09 de type sauvage ayant une coupe transversale de sous-populations de neurones en une suspension unicellulaire. Ils ont permis à ces cellules de récupérer et d’étendre les processus neuronaux pendant 20 jours avant le dépistage avec des anticorps contre les marqueurs du destin des cellules de la rétine neurale. Enfin, l’équipe a utilisé l’analyse d’images à haut contenu (HCIA) pour quantifier les populations de cellules neurales rétiniennes.
Ils ont utilisé le traçage du virus de la rage rétrograde monosynaptique (RVdG) pour étudier systématiquement de novo synapses parmi les neurones hPSC-rétiniens. Avec sa G-glycoprotéine supprimée, ce virus de la rage modifié, avec une faible neurotoxicité en culture à court terme et une polyvalence plus élevée que les traceurs viraux historiquement utilisés, est largement utilisé pour les études de traçage synaptique.
Les chercheurs ont soumis les cultures 2D à un test RVdG établi au jour 10. Au jour 100, l’équipe a examiné les cultures de cellules rétiniennes 2D pour la présence de cellules starter et tracées à l’aide d’une imagerie confocale et à champ large à haut contenu. Les chercheurs ont observé que des cellules rétiniennes marquées d’une couleur fluorescente indiquant une infection par la rage en avaient infecté une à travers une synapse.
conclusion
Les chercheurs ont développé une plateforme à haut débit pour identifier et quantifier de novo synapses formées parmi les neurones rétiniens dérivés de hPSC. Ils ont trouvé deux principaux types de neurones, les photorécepteurs et les RGC, parmi les cellules présynaptiques tracées.
La plate-forme conçue par l’étude pour évaluer les connexions synaptiques dans les neurones rétiniens en culture ouvre la voie à de futures études de remplacement cellulaire caractérisant la synaptogenèse. Ce roman in vitro La méthode de traçage synaptique surmonte également les limites des tests sur modèles animaux présentant des incompatibilités évolutives avec la machinerie synaptique des xénogreffes humaines.
Le traçage RVdG rétrograde monosynaptique apparaît comme une stratégie de marquage synaptique robuste pour étudier les connexions synaptiques. Ce test intègre de nombreux contrôles négatifs pour délimiter les connexions synaptiques authentiques, facilitant ainsi la vérification du mécanisme régissant la récupération de la vision après une transplantation intraoculaire avec des neurones rétiniens donneurs. De plus, les outils de suivi des synapses décrits dans cette étude aident à répondre aux questions de formation fonctionnelle des synapses après une transplantation allogénique ou xénogénique.
Les études futures continueront d’examiner ces aspects, ce qui aidera à mieux déterminer la tendance d’autres populations de cellules neurales rétiniennes dérivées de hPSC à former de nouvelles connexions synaptiques au cours de la différenciation. Ces études pourraient également caractériser la force de ces synapses et leurs fonctions.
