编者按：当前，美国食品药品监督管理局（FDA）已经正式执行了现代化法案2.0，认定“类器官超越动物模型”，在临床前药物开发中使用人干细胞分化的类器官模型来替代小动物模型，以实现更可靠地反映人类的生理学、疾病特征和药物基因组学反应。自2018年以来，首都医科大学附属北京同仁医院金子兵教授团队一直在该领域进行探索，率先在Stem Cell Reports、PRER、PNAS、PNAS Nexus等知名杂志上报道成功建立3D疾病视网膜类器官，主要针对视网膜色素变性、视网膜母细胞瘤（Retinoblastoma，Rb）等单基因遗传性视网膜疾病。在APAO2024会议上，金子兵教授作为本届大会国际咨询委员、学术委员，同时作为Session Chair牵头组织了“干细胞视网膜类器官专场”，特邀美国、新加坡、日本及中国香港和中国台湾等地区的知名专家共同讨论交流，并以《患者来源视网膜类器官研究视网膜母细胞瘤》为题，报告了在Rb疾病模拟和药物开发方面的原创性研究工作。该Rb类器官模型与原发性Rb高度相似，能更好地模拟疾病用于Rb的预防和治疗。

Rb是一种常见的眼部肿瘤，主要影响5岁以下的儿童群体。若未能得到及时且有效的治疗，将严重威胁患者的生命安全。目前Rb预后情况仍不理想，且将Rb临床前研究成果转化为实际治疗手段的过程充满挑战，究其原因是缺乏合适的人类Rb研究模型。在过去的几十年里，科学家们开发了多种策略来研究Rb，但每种策略都有其局限性。例如，Rb小鼠模型使研究人员发现了Rb的一些特点，但小鼠模型缺乏人类特征，无法准确模拟人类Rb的复杂性。基于动物模型的临床前研究常因无法复制出一致的结果而宣告失败，亟需合适的模型研究人类Rb。近年来，人类器官模型在药物开发领域的应用逐渐受到重视。这些模型不仅提供了一个更为高效、准确的研究平台，还为开发安全有效的新疗法提供了有力支撑。对于Rb这种遗传性疾病而言，建立更可靠的类器官模型显得尤为重要。我们知道，Rb主要是由肿瘤抑制基因RB1发生突变，导致RB1蛋白失活，从而使得细胞生长和增殖异常积聚形成肿瘤。然而，关于RB1突变如何导致Rb的起源问题，至今仍存在争议。

为了深入探索Rb肿瘤细胞的起源，并寻求更为精准的治疗策略，金子兵教授团队开创性地采用了CRISPR-Cas9基因编辑技术，在人胚胎干细胞中精确诱导RB1基因发生突变，并利用这些携带突变基因的胚胎干细胞分化出视网膜类器官。研究发现，在视网膜类器官定向分化的第60天前后，肿瘤开始显现。通过对比正常视网膜类器官与Rb类器官，发现Rb类器官内部存在密度不均、边缘模糊、尺寸较大的肿瘤样结构，这些特征与原发性Rb肿瘤极为相似。为了进一步验证这些发现，研究团队将这些类器官移植到免疫缺陷小鼠的视网膜下腔内，通过眼底照相、OCT和免疫荧光分析发现，移植来源于Rb类器官的细胞在小鼠内成瘤。值得一提的是，这些Rb类器官中的瘤体细胞在多个层面，包括超微结构、体内成瘤性、基因表达谱、甲基化谱、分子信号通路及标记蛋白等，均与人类Rb的特征高度一致。此外，金子兵教授团队还通过免疫组化和单细胞测序实验深入揭示了该肿瘤的起源，并筛选抗肿瘤药物。他们发现，这种肿瘤主要起源于正在成熟的视锥前驱细胞(maturing cone precursor)。该研究成果于2020年发表在美国科学院院刊PNAS上，引起了国际学术界的广泛关注。这是国际上首次基于视网膜类器官分化系统在培养皿中产生3D高保真的Rb模型，并说明Rb起源于视锥前驱细胞，有利于Rb的研究和药物筛选。

在Knudson教授于1971年提出的二次打击学说中，RB1基因的单突变发生在体细胞中，需要再次突变导致RB1失活，从而引发Rb肿瘤。大约三分之二患有Rb的儿童，其RB1突变发生在单个细胞中，并在一只眼中过度增殖形成肿瘤。然而，这一学说在人类Rb中一直未得到验证。为了建立患者来源的Rb模型并证实大多数患儿的Rb是由二次打击导致RB1失活引起的，金子兵教授团队收集了Rb患儿的尿液上皮细胞。通过测序分析，他们发现这些尿液上皮细胞中的RB1基因存在单突变。因此，他们利用CRISPR-CAS9技术对这些细胞进行编辑，造成RB1双突变，导致RB1失活。随后，对单突变细胞和双突变细胞分别进行了重编程，得到了来自Rb患者的人诱导多能干细胞。对这些干细胞进行视网膜类器官分化实验后发现，只有RB1双突变的干细胞才能形成Rb肿瘤。这一研究不仅验证了Rb的二次打击学说，还成功获得了具有遗传背景的Rb类器官，为药物筛选提供了有力工具。该研究成果已于2022年发表在PNAS Nexus杂志上。

Rb类器官3D模型成功地再现了人类Rb的发生与发展过程，且具备高度的保真度。这一模型的建立不仅为深入研究Rb的发病机制提供了有力的工具，同时也为临床前疾病治疗的探索开辟了新的途径。金子兵教授领导的研究团队在此基础上，进一步对Rb的新型生物治疗进行了深入的探究。目前，该研究仍在进行中，我们期待未来能够取得更多的突破性成果，为Rb的治疗带来新的希望。

金子兵教授

眼科学教授、主任医师、博导。首都医科大学附属北京同仁医院副院长、北京市眼科研究所授权法人，首都医科大学眼科学院副院长。

围绕视网膜疾病和高度近视完成系列原创性工作，在视网膜类器官、干细胞移植、基因诊断及编辑治疗研究方面积累多年。眼视光医学本科毕业后留校完成眼科住院医，留学日本八年完成博士、博士后研究，期间首创视网膜疾病患者iPSC 分化视网膜细胞;2010年回国全职工作至今。

主要领域:

重大致盲性眼病的临床与再生医学研究。曾获国家杰出青年科学基金、优秀青年科学基金、青年北京学者、万人领军以及中国青年科技奖、亚太眼科成就奖等。《眼科》杂志执行主编。

发表学术论文200 余篇，包含 PNAS(5)、Sci Adv(2)、Nat Commun等，总引逾5400 次，H指数37。中华医学会眼科分会学组委员，北京医学会眼科分会常委、组长，牵头发起成立中国高度近视研究联盟 (CHARM)。

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