Transplanted rod precursor cells restore visual function, from electrophysiology to behaviour, after transplantation into a mouse model of congenital night blindness. Previous work has shown that retinal precursor cells can be transplanted successfully into degenerating retinas in mice, but evidence for improvement of vision has been lacking. Now Pearson et al. take a step forward in demonstrating the feasibility of this strategy for restoring vision. Using an improved transplantation protocol for introducing rod precursor cells into the retinas of mice that lack rods, the authors demonstrate that the transplanted cells integrate into and position correctly in the existing network, and that visual function, from electrophysiology to behaviour, is enhanced in the transplant recipients. The study provides important support for the further development of stem-cell therapy for retinal degeneration. Cell transplantation is a potential strategy for treating blindness caused by the loss of photoreceptors. Although transplanted rod-precursor cells are able to migrate into the adult retina and differentiate to acquire the specialized morphological features of mature photoreceptor cells1, the fundamental question remains whether transplantation of photoreceptor cells can actually improve vision. Here we provide evidence of functional rod-mediated vision after photoreceptor transplantation in adult Gnat1−/− mice, which lack rod function and are a model of congenital stationary night blindness2. We show that transplanted rod precursors form classic triad synaptic connections with second-order bipolar and horizontal cells in the recipient retina. The newly integrated photoreceptor cells are light-responsive with dim-flash kinetics similar to adult wild-type photoreceptors. By using intrinsic imaging under scotopic conditions we demonstrate that visual signals generated by transplanted rods are projected to higher visual areas, including V1. Moreover, these cells are capable of driving optokinetic head tracking and visually guided behaviour in the Gnat1−/− mouse under scotopic conditions. Together, these results demonstrate the feasibility of photoreceptor transplantation as a therapeutic strategy for restoring vision after retinal degeneration.

Irreversible blindness caused by loss of photoreceptors may be amenable to cell therapy. We previously demonstrated retinal repair and restoration of vision through transplantation of photoreceptor precursors obtained from postnatal retinas into visually impaired adult mice. Considerable progress has been made in differentiating embryonic stem cells (ESCs) in vitro toward photoreceptor lineages. However, the capability of ESC-derived photoreceptors to integrate after transplantation has not been demonstrated unequivocally. Here, to isolate photoreceptor precursors fit for transplantation, we adapted a recently reported three-dimensional (3D) differentiation protocol that generates neuroretina from mouse ESCs. We show that rod precursors derived by this protocol and selected via a GFP reporter under the control of a Rhodopsin promoter integrate within degenerate retinas of adult mice and mature into outer segment-bearing photoreceptors. Notably, ESC-derived precursors at a developmental stage similar to postnatal days 4-8 integrate more efficiently compared with cells at other stages. This study shows conclusively that ESCs can provide a source of photoreceptors for retinal cell transplantation.

Abstract Photoreceptor replacement by transplantation is proposed as a treatment for blindness. Transplantation of healthy photoreceptor precursor cells into diseased murine eyes leads to the presence of functional photoreceptors within host retinae that express an array of donor-specific proteins. The resulting improvement in visual function was understood to be due to donor cells integrating within host retinae. Here, however, we show that while integration occurs the majority of donor-reporter-labelled cells in the host arises as a result of material transfer between donor and host photoreceptors. Material transfer does not involve permanent donor–host nuclear or cell–cell fusion, or the uptake of free protein or nucleic acid from the extracellular environment. Instead, RNA and/or protein are exchanged between donor and host cells in vivo . These data require a re-evaluation of the mechanisms underlying rescue by photoreceptor transplantation and raise the possibility of material transfer as a strategy for the treatment of retinal disorders.

Despite different aetiologies, age-related macular degeneration and most inherited retinal disorders culminate in the same final common pathway, the loss of photoreceptors. There are few treatments and none reverse the loss of vision. Photoreceptor replacement by transplantation is proposed as a broad treatment strategy applicable to all degenerations. Recently, we demonstrated restoration of vision following rod-photoreceptor transplantation into a mouse model of stationary night-blindness, raising the critical question of whether photoreceptor replacement is equally effective in different types and stages of degeneration. We present a comprehensive assessment of rod-photoreceptor transplantation across six murine models of inherited photoreceptor degeneration. Transplantation is feasible in all models examined but disease type has a major impact on outcome, as assessed both by the morphology and number of integrated rod-photoreceptors. Integration can increase ( Prph2 +/Δ307 ), decrease ( Crb1 rd8/rd8 , Gnat1 −/− , Rho −/− ), or remain constant ( PDE6β rd1/rd1 , Prph2 rd2/rd2 ) with disease progression, depending upon the gene defect, with no correlation with severity. Robust integration is possible even in late-stage disease. Glial scarring and outer limiting membrane integrity, features that change with degeneration, significantly affect transplanted photoreceptor integration. Combined breakdown of these barriers markedly increases integration in a model with an intact outer limiting membrane, strong gliotic response, and otherwise poor transplantation outcome ( Rho −/− ), leading to an eightfold increase in integration and restoration of visual function. Thus, it is possible to achieve robust integration across a broad range of inherited retinopathies. Moreover, transplantation outcome can be improved by administering appropriate, tailored manipulations of the recipient environment.

Transplantation of rod photoreceptors, derived either from neonatal retinae or pluripotent stem cells (PSCs), can restore rod-mediated visual function in murine models of inherited blindness. However, humans depend more upon cone photoreceptors that are required for daylight, color, and high-acuity vision. Indeed, macular retinopathies involving loss of cones are leading causes of blindness. An essential step for developing stem cell-based therapies for maculopathies is the ability to generate transplantable human cones from renewable sources. Here, we report a modified 2D/3D protocol for generating hPSC-derived neural retinal vesicles with well-formed ONL-like structures containing cones and rods bearing inner segments and connecting cilia, nascent outer segments, and presynaptic structures. This differentiation system recapitulates human photoreceptor development, allowing the isolation and transplantation of a pure population of stage-matched cones. Purified human long/medium cones survive and become incorporated within the adult mouse retina, supporting the potential of photoreceptor transplantation for treating retinal degeneration.

This short paper draws together and evaluates some of the main methodologies utilized within the different stages of the A14 project and provides some 'lessons learned' that may be useful for future archaeological projects, particularly those associated with large infrastructure. To deliver a more balanced methodological evaluation, perspectives from different project stakeholders are captured here: those of the client (National Highways and A14 IDT), principal archaeological contractor (MHI) and curator (Cambridgeshire Historic Environment Team; CHET).