La degenerazione maculare legata all’età (AMD) è una delle principali cause di cecità. Inizia nella barriera sangue-retina esterna (oBRB) formata dall'epitelio pigmentato retinico (RPE), dalla membrana di Bruch e dalla coriocapillare. I meccanismi di inizio e progressione dell'AMD devono ancora essere compresi meglio a causa della mancanza di modelli oBRB umani fisiologicamente rilevanti.
Il gruppo di ricerca del National Eye Institute (NEI), parte del National Institutes of Health, ha utilizzato i pazienti cellule staminali e la biostampa 3D per produrre tessuto oculare che farà avanzare la comprensione dei meccanismi delle malattie che accecano. Gli scienziati hanno stampato una combinazione di cellule che formano la barriera esterna sangue-retina.
L'epitelio pigmentato retinico (RPE), separato dalla coriocapillare ricca di vasi sanguigni Membrana di Bruch, costituisce la barriera emato-retinica esterna. La coriocapillare e l'RPE scambiano nutrienti e scorie sotto il controllo della membrana di Bruch. Le drusen, che sono accumuli di lipoproteine, si sviluppano all'esterno della membrana di Bruch nell'AMD e ne ostacolano la funzione. La degradazione dell'RPE nel tempo provoca il deterioramento dei fotorecettori e la perdita della vista.
Gli scienziati hanno combinato tre tipi di cellule coroidali immature in un idrogel: periciti, cellule endoteliali e fibroblasti. Hanno poi stampato il gel su un’impalcatura biodegradabile. Nel giro di pochi giorni, le cellule iniziarono a maturare in una fitta rete capillare.
Il nono giorno, gli scienziati hanno seminato le cellule epiteliali pigmentate della retina sul lato opposto dello scaffold. Il tessuto stampato ha raggiunto la piena maturità il giorno 42. Le analisi dei tessuti e i test genetici e funzionali hanno dimostrato che il tessuto stampato aveva un aspetto e un comportamento simili alla barriera sangue-retina esterna nativa.
B. La barriera emato-retinica esterna dell'occhio comprende l'epitelio pigmentato retinico, la membrana di Bruch e la coriocapillare. Credito immagine: National Eye Institute.
C. Crescita di vasi sanguigni attraverso file stampate di una miscela di cellule endoteliali-periciti-fibroblasti. Entro il settimo giorno, i vasi sanguigni riempiono lo spazio tra le file, formando una rete di capillari. Credito immagine: Kapil Bharti.
Quando sottoposto a stress, il tessuto stampato mostrava caratteristiche di AMD allo stadio iniziale, come depositi di drusen sotto l'RPE, e progrediva fino allo stadio avanzato di AMD a secco, dove si osservava la rottura del tessuto. Bassi livelli di ossigeno hanno causato un aspetto simile all'AMD umida con iperproliferazione vascolare coroideale che si è spostata nella zona sub-RPE. Quando usati per trattare l’AMD, i farmaci anti-VEGF hanno rallentato la formazione e la migrazione dei vasi sanguigni, migliorando allo stesso tempo la forma dei tessuti.
Kapil Bharti, Ph.D., che dirige la sezione NEI sulla ricerca traslazionale sulle cellule staminali e oculari, ha affermato: “Stampando le cellule, stiamo facilitando lo scambio di segnali cellulari necessari per la normale anatomia della barriera sangue-retina esterna. Ad esempio, la presenza di cellule RPE induce espressione genica cambiamenti nei fibroblasti che contribuiscono alla formazione della membrana di Bruch – qualcosa che è stato suggerito molti anni fa ma che non è stato dimostrato fino al nostro modello”.
Gli scienziati hanno affrontato due questioni tecnologiche: creare un'impalcatura biodegradabile adeguata e ottenere un modello di stampa coerente. Hanno sviluppato un idrogel sensibile alla temperatura che produceva file distinte mentre il gel era freddo ma si dissolveva quando il gel si riscaldava. Un sistema più esatto di valutazione dell'architettura dei tessuti è stato reso possibile dalla buona consistenza delle file. Inoltre, hanno ottimizzato la proporzione di fibroblasti, cellule endoteliali e periciti nella combinazione cellulare.
Il coautore Marc Ferrer, Ph.D., direttore del laboratorio di biostampa di tessuti 3D presso il Centro nazionale per l'avanzamento delle scienze traslazionali dell'NIH, e il suo team hanno fornito competenze per la biofabbricazione dei tessuti della barriera sangue-retina esterna "in un pozzo, " insieme a misurazioni analitiche per consentire lo screening dei farmaci.
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“I nostri sforzi di collaborazione hanno prodotto modelli di tessuto retinico molto rilevanti per malattie degenerative dell’occhio”, ha affermato Ferrer disse. “Tali modelli di tessuto hanno molti potenziali usi nelle applicazioni traslazionali, compreso lo sviluppo di terapie”.
Riferimento della Gazzetta:
- Min Jae Song, Russ Quinn et al. La barriera retinica esterna 3D biostampata scopre il fenotipo coroidale dipendente dall'RPE nella degenerazione maculare avanzata. Metodi della natura, 2022, DOI: 10.1038/s41592-022-01701-1
