Fremstilling af øjenvæv ved hjælp af stamceller og 3D bioprint

Aldersrelateret makuladegeneration (AMD) er en førende årsag til blindhed. Det starter i den ydre-blod-nethinde-barriere (oBRB) dannet af retinalt pigmentepitel (RPE), Bruchs membran og choriocapillaris. AMD-initierings- og progressionsmekanismer skal stadig forstås bedre på grund af manglen på fysiologisk relevante humane oBRB-modeller.

National Eye Institute (NEI) forskerhold, en del af National Institutes of Health, brugte patient stamceller og 3D bioprint for at producere øjenvæv, der vil fremme forståelsen af ​​mekanismerne bag blindende sygdomme. Forskere trykte en kombination af celler, der danner den ydre blod-nethindebarriere.

Det retinale pigmentepitel (RPE), adskilt fra den blodkarrige choriocapillaris ved Bruchs membran, udgør den ydre blod-nethindebarriere. Choriocapillaris og RPE udveksler næringsstoffer og affald under kontrol af Bruchs membran. Drusen, som er lipoproteinophobninger, udvikler sig uden for Bruchs membran ved AMD og hindrer dens funktion. RPE-nedbrydning over tid forårsager fotoreceptorforringelse og synstab.

Forskere kombinerede tre umodne choroidale celletyper i en hydrogel: pericytter, endotelceller og fibroblaster. De printede derefter gelen på et biologisk nedbrydeligt stillads. Inden for få dage begyndte cellerne at modnes til et tæt kapillært netværk.

På dag ni såde forskerne retinale pigmentepitelceller på bagsiden af ​​stilladset. Det printede væv nåede fuld modenhed på dag 42. Vævsanalyser og genetiske og funktionelle tests viste, at det printede væv så ud og opførte sig på samme måde som den oprindelige ydre blod-nethindebarriere.

Når det blev udsat for stress, udviste trykt væv AMD-karakteristika i tidligt stadie, såsom drusenaflejringer under RPE, og udviklede sig til sent stadium af tørstadie-AMD, hvor vævsnedbrydning blev set. Lave iltniveauer forårsagede et vådt AMD-lignende udseende med koroidal vaskulær hyperproliferation, der bevægede sig ind i sub-RPE-zonen. Når de blev brugt til at behandle AMD, bremsede anti-VEGF-medicin dannelsen og migrationen af ​​blodkar, mens de også forbedrede vævsformen.

Kapil Bharti, Ph.D., som leder NEI-sektionen for translationel forskning i øjen- og stamceller sagde: "Ved at udskrive celler letter vi udvekslingen af ​​cellulære signaler, der er nødvendige for normal ydre blod-nethindebarriere-anatomi. For eksempel inducerer tilstedeværelsen af ​​RPE-celler genekspression ændringer i fibroblaster, der bidrager til dannelsen af ​​Bruchs membran - noget, der blev foreslået for mange år siden, men som ikke blev bevist før vores model."

Forskere behandlede to teknologiske spørgsmål: at skabe et passende biologisk nedbrydeligt stillads og opnå et ensartet printmønster. De udviklede en temperaturfølsom hydrogel, der producerede forskellige rækker, mens gelen var kold, men opløst, når gelen blev varmet. Et mere nøjagtigt system til vurdering af vævsarkitektur blev muliggjort af god rækkekonsistens. Derudover optimerede de andelen af ​​fibroblaster, endotelceller og pericytter i cellekombinationen.

Medforfatter Marc Ferrer, Ph.D., direktør for 3D Tissue Bioprinting Laboratory ved NIH's National Center for Advancing Translational Sciences, og hans team leverede ekspertise til biofremstilling af det ydre blod-nethinde-barrierevæv "i en brønd, ” sammen med analytiske målinger for at muliggøre lægemiddelscreening.

"Vores samarbejde har resulteret i meget relevante nethindevævsmodeller af degenerative øjensygdomme," Ferrer sagde. "Sådanne vævsmodeller har mange potentielle anvendelser i translationelle applikationer, herunder terapeutisk udvikling."

Journal Reference:

1. Min Jae Song, Russ Quinn et al. Bioprintet 3D ydre nethindebarriere afdækker RPE-afhængig choroideal fænotype i avanceret makuladegeneration. Naturmetoder, 2022; DOI: 10.1038/s41592-022-01701-1