研究人员使用3D生物打印来创建眼部组织

该技术为研究年龄相关性黄斑变性和其他眼部疾病的发生提供了模型。

科学家们使用患者干细胞和3D生物打印来生产眼部组织，这将促进对致盲疾病机制的理解。美国国立卫生研究院下属的国家眼科研究所(NEI)研究小组打印了形成外部血液 - 视网膜屏障的细胞组合 - 支持视网膜感光的眼组织。

该技术理论上提供了无限的患者来源组织供应，以研究退行性视网膜疾病，例如年龄相关性黄斑变性(AMD)。

“我们知道AMD始于外血视网膜屏障，”负责NEI眼部和干细胞转化研究的Kapil Bharti博士说。“然而，由于缺乏生理相关的人体模型，AMD开始和进展到高级干和湿阶段的机制仍然知之甚少。

外血-视网膜屏障由视网膜色素上皮(RPE)组成，由布鲁赫膜与富含血管的脉络毛细血管隔开。布鲁赫膜调节绒毛细血管和RPE之间营养物质和废物的交换。在AMD中，称为玻璃膜疣的脂蛋白沉积物在Bruch膜外形成，阻碍其功能。随着时间的推移，RPE分解导致感光器退化和视力丧失。

Bharti及其同事在水凝胶中结合了三种未成熟的脉络膜细胞类型：周细胞和内皮细胞，它们是毛细血管的关键成分;和成纤维细胞，赋予组织结构。然后，科学家们将凝胶打印在可生物降解的支架上。几天之内，细胞开始成熟为密集的毛细血管网络。

在第九天，科学家们在支架的另一侧接种了视网膜色素上皮细胞。打印的组织在第42天达到完全成熟。

组织分析以及遗传和功能测试表明，打印的组织的外观和行为与天然外血视网膜屏障相似。

在诱导应力下，打印的组织表现出早期AMD的模式，例如RPE下方的玻璃膜疣沉积物，并进展到晚期干性AMD，在那里观察到组织降解。

低氧诱发湿性AMD样外观，伴有迁移到亚RPE区的脉络膜血管过度增殖。用于治疗AMD的抗VEGF药物抑制了这种血管的过度生长和迁移，并恢复了组织形态。

“通过打印细胞，我们正在促进正常外部血液 - 视网膜屏障解剖学所必需的细胞线索的交换，”Bharti说。“例如，RPE细胞的存在诱导成纤维细胞中的基因表达变化，这有助于布鲁赫膜的形成 - 这是多年前提出的，但直到我们的模型才得到证实。

Bharti的团队解决的技术挑战包括生成合适的可生物降解支架，并通过开发一种对温度敏感的水凝胶来实现一致的印刷图案，该水凝胶在冷时达到明显的行，但在凝胶加热时溶解。良好的行一致性使更精确的组织结构定量系统成为可能。他们还优化了周细胞、内皮细胞和成纤维细胞的细胞混合比例。

共同作者Marc Ferrer博士，NIH国家推进转化科学中心3D组织生物打印实验室主任，他的团队为“井中”外部血液 - 视网膜屏障组织的生物制造提供了专业知识，以及分析测量以实现药物筛选。

“我们的合作努力导致了退行性眼病的非常相关的视网膜组织模型，”费雷尔说。“这种组织模型在转化应用中有许多潜在的用途，包括治疗开发。

Bharti和合作者正在使用打印的血液 - 视网膜屏障模型来研究AMD，他们正在尝试在打印过程中添加其他细胞类型，例如免疫细胞，以更好地概括天然组织。

本新闻稿描述了一个基础研究结果。基础研究增加了我们对人类行为和生物学的理解，这是推进预防、诊断和治疗疾病的新的和更好的方法的基础。科学是一个不可预测和渐进的过程——每一项研究进展都建立在过去的发现之上，通常是以意想不到的方式。