利用類器官與微電極陣列技術研究視網膜色素病變與視網膜失養症

視網膜色素病變與視網膜失養症是具破壞性的遺傳性疾病，會因為視網膜中光受體細胞的退化而導致漸進式視力喪失。雖然遺傳學研究有相關進展，有效的治療方法仍然有限，這使得開發創新的研究模型變得相當重要。來自 Multi Channel Systems 的類器官與網格微電極陣列技術已成為研究這些疾病的強大工具，為視網膜功能與潛在的治療方法提供了深入的想法。

類器官：視網膜疾病模型建立的突破性進展

由人類多功能幹細胞衍生的視網膜類器官提供了一個3D且具生理相關性的模型，能模擬人類視網膜的細胞結構與功能。這些自我組織的結構能發育出關鍵的視網膜細胞類型，包括：光受體細胞、視網膜神經節細胞與雙極細胞，使其成為研究視網膜色素病變及其他類型視網膜失養症潛在機制的理想選擇。

透過使用患者衍生的誘導型多功能幹細胞，研究人員可以建立患者衍生的視網膜類器官，以反映導致視網膜色素病變的基因突變。這種方法可以用患者特異性的方式研究疾病發展、鑑定早期生物標記，以及測試基因編輯或藥物干擾措施。

網格微電極陣列：研究視網膜神經節細胞功能的方法

雖然視網膜類器官複製了視網膜的結構，但評估其功能活性對於了解疾病病理學和評估治療方法相當重要。視網膜神經節細胞是視網膜中電生理活性最強的細胞，且位於視網膜類器官的中心位置，這使得使用傳統微電極陣列紀錄這些細胞的訊號變得更具挑戰性。來自 Multi Channel Systems 的網格微電極陣列技術為這個問題提供了解決方案，並且是測量視網膜細胞電生理活性的一種創新方法。

網格微電極陣列由一個具彈性的聚醯亞胺 (PI) 網格組成，並在網格的交會處配置了 60 個電極。當視網膜類器官被放置在網格上後，細胞會穿過網格遷移，使類器官圍繞著網格生長與發育，從而讓電極能夠紀錄類器官中心視網膜神經節細胞的訊號。透過這種新技術，可以更有效地測量自發性活動、網路連結性以及對光刺激的反應。

透過將網格微電極陣列與視網膜類器官整合，研究人員可以：

在患者衍生的類器官中鑑定疾病特異性的功能缺陷。

測試藥物化合物以評估其對視網膜活性的影響。

透過監測標靶干擾後電生理學的改善情況來評估基因療法。

推進治療策略

類器官技術與網格微電極陣列紀錄的結合，為藥物研發與精準醫學提供了一個強大的平台。例如，來自Linz的Johannes Kepler University細胞與分子眼科學研究小組的研究人員，已經使用multichannel systems的網格微電極陣列來鑑定視網膜色素病變相關基因對視網膜神經節細胞生長與存活的影響。初步數據顯示，視網膜類器官的存活率有所提高，從而能夠進行長達數天或數週的視網膜神經節細胞活性紀錄。

Day 50 retinal organoids 15 days after plating on GFR Matrigel-coated MEA200 30iR and 3D MEA lose their structural integrity, spreading on the MEA. Images courtesy of Johannes Kepler University Linz.

Day 50 retinal organoids two days after plating on GFR Matrigel-coated MEA200 30iR show interaction with the electrodes, presenting single spike activity and local field potential. Images courtesy of Johannes Kepler University Linz.

Day 30 optic vesicles manually collected and placed on Mesh MEA for 10 days retain their structural integrity and mature into stage 1 retinal organoids, compared to 10 days of culturing of D50 retinal organoids on GFR Matrigel-coated 2D MEA. Images courtesy of Johannes Kepler University Linz.

Retinal organoid on Mesh MEA presenting spikes and field potentials. Images courtesy of Johannes Kepler University Linz. 

對 PRPF31 及其他基因變異如何在視網膜色素病變發展中發揮作用有更深入的了解，最終將有助於開發更有效的治療方法並實現該疾病的早期檢測。

隨著技術的不斷進步，類器官與微電極陣列技術的協同影響預期將加速視網膜色素病變和視網膜失養症標靶治療的開發，讓我們更接近治癒這些目前無法治癒之疾病的可能。

結論

視網膜類器官與網格微電極陣列技術的整合，代表了理解與治療視網膜退化性疾病的一種創新且具變革性的方法。透過對患者特異性模型建立、功能分析和藥物篩選，這些工具正為創新的治療策略鋪路，有望為受到視網膜色素病變及其他視網膜失養症影響的患者恢復視力。