La degeneración macular relacionada con la edad (DMAE) es una de las principales causas de ceguera. Se inicia en la barrera sanguínea externa de la retina (oBRB) formada por el epitelio pigmentario de la retina (EPR), la membrana de Bruch y la coriocapilar. Los mecanismos de inicio y progresión de la DMAE aún deben comprenderse mejor debido a la falta de modelos de oBRB humanos fisiológicamente relevantes.
El equipo de investigación del Instituto Nacional del Ojo (NEI), parte de los Institutos Nacionales de Salud, utilizó pacientes células madre y la bioimpresión 3D para producir tejido ocular que avanzará en la comprensión de los mecanismos de las enfermedades que causan ceguera. Los científicos imprimieron una combinación de células que forman la barrera hematorretina exterior.
El epitelio pigmentario de la retina (EPR), separado de los coriocapilares ricos en vasos sanguíneos por membrana de bruch, forma la barrera hematorretiniana exterior. Los coriocapilares y el EPR intercambian nutrientes y desechos bajo el control de la membrana de Bruch. Las drusas, que son acumulaciones de lipoproteínas, se desarrollan fuera de la membrana de Bruch en la DMAE y obstruyen su función. La degradación del EPR con el tiempo provoca el deterioro de los fotorreceptores y la pérdida de visión.
Los científicos combinaron tres tipos de células coroideas inmaduras en un hidrogel: pericitos, células endoteliales y fibroblastos. Luego imprimieron el gel en un soporte biodegradable. En cuestión de días, las células comenzaron a madurar hasta formar una densa red capilar.
El noveno día, los científicos sembraron células epiteliales pigmentarias de la retina en la otra cara del andamio. El tejido impreso alcanzó la madurez completa el día 42. Los análisis de tejido y las pruebas genéticas y funcionales mostraron que el tejido impreso se veía y se comportaba de manera similar a la barrera externa nativa de la sangre y la retina.
b. La barrera hematorretiniana exterior del ojo comprende el epitelio pigmentario de la retina, la membrana de Bruch y la coriocapilar. Crédito de la imagen: Instituto Nacional del Ojo.
C. Crecimiento de vasos sanguíneos a través de filas impresas de una mezcla de células endoteliales, pericitos y fibroblastos. Para el día 7, los vasos sanguíneos llenan el espacio entre las filas, formando una red de capilares. Crédito de la imagen: Kapil Bharti.
Cuando se sometió a estrés, el tejido impreso mostró características de AMD en etapa temprana, como depósitos de drusas debajo del RPE, y progresó a AMD en etapa seca tardía, donde se observó degradación del tejido. Los niveles bajos de oxígeno provocaron una apariencia húmeda similar a la DMAE con hiperproliferación vascular coroidea que se trasladó a la zona sub-RPE. Cuando se usaron para tratar la DMAE, los medicamentos anti-VEGF ralentizaron la formación y migración de los vasos sanguíneos y al mismo tiempo mejoraron la forma del tejido.
Kapil Bharti, Ph.D., que dirige la Sección NEI de Investigación Traslacional Ocular y de Células Madre, dijo: “Al imprimir células, estamos facilitando el intercambio de señales celulares necesarias para la anatomía normal de la barrera hematorretiniana externa. Por ejemplo, la presencia de células del EPR induce la expresión de genes cambios en los fibroblastos que contribuyen a la formación de la membrana de Bruch, algo que se sugirió hace muchos años pero que no se demostró hasta nuestro modelo”.
Los científicos abordaron dos cuestiones tecnológicas: crear un andamio biodegradable apropiado y lograr un patrón de impresión consistente. Desarrollaron un hidrogel sensible a la temperatura que producía filas distintas mientras el gel estaba frío pero se disolvía cuando el gel se calentaba. La buena consistencia de las filas hizo posible un sistema más exacto para evaluar la arquitectura del tejido. Además, optimizaron la proporción de fibroblastos, células endoteliales y pericitos en la combinación celular.
El coautor Marc Ferrer, Ph.D., director del Laboratorio de Bioimpresión de Tejidos 3D del Centro Nacional para el Avance de las Ciencias Traslacionales de los NIH, y su equipo aportaron su experiencia para la biofabricación de los tejidos externos de la barrera hemato-retina "en un pozo, ”junto con mediciones analíticas para permitir la detección de drogas.
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"Nuestros esfuerzos de colaboración han dado como resultado modelos de tejido de retina muy relevantes para enfermedades oculares degenerativas", Ferrer dijo. "Estos modelos de tejido tienen muchos usos potenciales en aplicaciones traslacionales, incluido el desarrollo terapéutico".
Referencia de la revista:
- Min Jae Song, Russ Quinn y otros. La barrera de retina externa bioimpresa en 3D descubre el fenotipo coroideo dependiente del EPR en la degeneración macular avanzada. Nature Methods, 2022; DOI: 10.1038/s41592-022-01701-1
