Vanusega seotud kollatähni degeneratsioon (AMD) on peamine pimeduse põhjus. See saab alguse võrkkesta pigmendi epiteeli (RPE), Bruchi membraani ja kooriokapillaari poolt moodustatud välises vere-võrkkesta barjääris (oBRB). AMD initsiatsiooni- ja progresseerumismehhanisme tuleb endiselt paremini mõista, kuna puuduvad füsioloogiliselt olulised inimese oBRB mudelid.
National Eye Institute (NEI) uurimisrühm, mis on osa riiklikest tervishoiuinstituutidest, kasutas patsienti tüvirakke ja 3D-bioprintimine silmakoe tootmiseks, mis aitab paremini mõista pimestavate haiguste mehhanisme. Teadlased printisid rakkude kombinatsiooni, mis moodustavad välise vere-võrkkesta barjääri.
Võrkkesta pigmendiepiteel (RPE), mis on eraldatud veresoonterikkast choriocapillarist Bruchi membraan, moodustab välise hematoentsefaalbarjääri. Choriocapillaris ja RPE vahetavad toitaineid ja jäätmeid Bruchi membraani kontrolli all. Drusenid, mis on lipoproteiinide akumulatsioonid, arenevad AMD-s väljaspool Bruchi membraani ja takistavad selle funktsiooni. RPE lagunemine aja jooksul põhjustab fotoretseptori halvenemist ja nägemise kaotust.
Teadlased ühendasid hüdrogeelis kolm ebaküpset koroidrakkude tüüpi: peritsüüdid, endoteelirakud ja fibroblastid. Seejärel trükkisid nad geeli biolagunevale karkassile. Mõne päeva jooksul hakkasid rakud küpsema tihedaks kapillaarivõrgustikuks.
Üheksandal päeval külvasid teadlased võrkkesta pigmendi epiteelirakud karkassi tagaküljele. Prinditud kude saavutas täieliku küpsuse 42. päeval. Koeanalüüsid ning geneetilised ja funktsionaalsed testid näitasid, et trükitud kude nägi välja ja käitus sarnaselt natiivse välise vere-võrkkesta barjääriga.
b. Silma välimine hematoentsefaalbarjäär koosneb võrkkesta pigmendiepiteelist, Bruchi membraanist ja kooriokapillaarist. Pildi krediit: National Eye Institute.
c. Veresoonte kasv läbi endoteeli-peritsüüdi-fibroblasti rakkude segu trükitud ridade. 7. päevaks täidavad veresooned ridadevahelise ruumi, moodustades kapillaaride võrgu. Pildi krediit: Kapil Bharti.
Stressi allutamisel ilmnesid trükitud koel varajases staadiumis AMD omadused, nagu druseni ladestused RPE all, ja see arenes hilises staadiumis kuiva staadiumi AMD-ks, kus oli näha koe lagunemist. Madal hapnikutase põhjustas märja AMD-laadse välimuse koos koroidsete veresoonte hüperproliferatsiooniga, mis liikus alam-RPE tsooni. AMD raviks kasutatuna aeglustasid VEGF-i vastased ravimid veresoonte moodustumist ja migratsiooni, parandades samal ajal ka kudede kuju.
Kapil Bharti, Ph.D., kes juhib NEI silma- ja tüvirakkude translatsiooniuuringute sektsiooni, ütles: "Rakkude printimisega hõlbustame normaalse välise vere-võrkkesta barjääri anatoomia jaoks vajalike rakuliste näpunäidete vahetamist. Näiteks indutseerib RPE rakkude olemasolu geeniekspressiooni muutused fibroblastides, mis aitavad kaasa Bruchi membraani moodustumisele - midagi, mida soovitati palju aastaid tagasi, kuid mida ei tõestatud enne meie mudelit.
Teadlased käsitlesid kahte tehnoloogilist probleemi: sobiva biolaguneva karkassi loomine ja ühtse trükimustri saavutamine. Nad töötasid välja temperatuuritundliku hüdrogeeli, mis tekitas külma geeli ajal selgeid ridu, kuid geeli soojendamisel lahustus. Täpsema koearhitektuuri hindamissüsteemi tegi võimalikuks ridade hea järjepidevus. Lisaks optimeerisid nad fibroblastide, endoteelirakkude ja peritsüütide osakaalu rakukombinatsioonis.
Kaasautor Marc Ferrer, Ph.D., NIH riikliku translatsiooniteaduste arendamise keskuse 3D-koe bioprintimise labori direktor ja tema meeskond andsid teadmisi välise vere-võrkkesta barjääri kudede biotootmise kohta süvendis, ” koos analüütiliste mõõtmistega, et võimaldada ravimite sõeluuringut.
[Varjatud sisu]
"Meie ühised jõupingutused on toonud kaasa väga asjakohased degeneratiivsete silmahaiguste võrkkesta koemudelid, " ütles Ferrer ütles. "Sellistel koemudelitel on translatsioonirakendustes, sealhulgas raviarenduses, palju potentsiaalseid kasutusvõimalusi."
Ajakirja viide:
- Min Jae Song, Russ Quinn jt. Bioprinditud 3D välimine võrkkesta barjäär paljastab RPE-st sõltuva koroidse fenotüübi arenenud makula degeneratsiooni korral. Loodusmeetodid, 2022; DOI: 10.1038/s41592-022-01701-1
