利用類器官與微電極陣列技術(Mesh MEA)探索視網膜發育
干細胞衍生的類器官與器官芯片技術的前沿進展正在革新視網膜研究。源自健康及患者捐贈者的人類誘導多能干細胞(hiPSCs)的視網膜類器官,提供了高度模擬人類眼睛的體外模型。這些系統不僅為動物實驗提供了倫理替代方案,更為理解視網膜疾病機制和開發個性化療法開辟了新途徑。
然而,現有模型仍面臨神經元連接有限、缺乏血管結構及重現性不一致等挑戰。值得欣喜的是,材料科學與電子學通過促進組織成熟和實現神經元活動的實時監測,正在彌補這些技術鴻溝。
低吸附6孔板中的視網膜類器官培養
初期我們采用時序化學誘導與生長因子,在低吸附平板培養小鼠視網膜類器官,成功啟動早期視網膜分化。該方法可模擬早期視網膜發育過程,獲得包含光感受器在內的多種視網膜細胞類型。但視網膜神經節細胞(RGCs)主要聚集于類器官內部區域,傳統2D微電極陣列電極難以記錄到其電活動信號。這激發了我們對保持結構完整性的同時實現電生理功能評估這樣先進測試平臺的迫切需求。

結構維持與功能捕獲:3D 全息類器官網狀MEA(Mesh MEAs)
與傳統2D電極不同,Multi Channel Systems研發的3D 全息類器官網狀MEA可以允許類器官圍繞電極周圍生長,從而實現對視網膜內部細胞的穩定長期監測。通過保持神經元架構完整性并捕獲功能信號,Mesh MEA為更精確的光響應檢測及深入探索視網膜發育與疾病機制提供了可能。
這種網狀的微電極陣列采用柔性聚酰亞胺網格材料,60個電極精確定位于網格節點。當視網膜類器官接種于網格時,其在生長過程中會自然的包裹住網格結構。這種設計使電極能夠記錄位于類器官內部的視網膜神經節細胞的活動,同時為神經節細胞提供向外延伸的”觸手”的生長空間。這項創新技術顯著提升了視網膜類器官自發電活動、網絡連接性及光刺激響應的測量精度。
研究展望
我們正在為開發功能性人類視網膜類器官奠定基礎,這將為疾病建模、個性化治療及新一代視覺研究開啟全新可能。通過與Multi Channel Systems的合作,我們利用Mesh MEA成功捕獲動態視網膜類器官的活動。這項突破性成果離不開多學科交叉融合——干細胞生物學、材料科學與電子學領域的專業知識協同攻克了這項復雜的挑戰。通過整合這些學科優勢,我們正在推動視網膜診斷與治療技術的進步,持續拓展視網膜研究的疆界。
本文由荷蘭拉德堡德大學醫學中心眼科學系的Zohreh Hosseinzadeh(博士后研究員)與Yagmur Demircan Yalcin(博士)共同撰寫。
