줄기세포와 3D 바이오프린팅을 이용한 안구조직 제작

연령관련 황반변성(AMD)은 실명의 주요 원인입니다. 이는 망막색소상피(RPE), 브루흐막 및 맥락막모세혈관층에 의해 형성된 외혈망막장벽(oBRB)에서 시작됩니다. 생리학적으로 관련된 인간 oBRB 모델이 부족하기 때문에 AMD 개시 및 진행 메커니즘을 더 잘 이해해야 합니다.

미국 국립보건원(National Institutes of Health) 산하 국립안과연구소(NEI) 연구팀은 환자를 대상으로 줄기 세포 눈을 멀게 하는 질병의 메커니즘에 대한 이해를 높일 수 있는 안구 조직을 생성하는 3D 바이오프린팅. 과학자들은 외부 혈액-망막 장벽을 형성하는 세포 조합을 인쇄했습니다.

망막색소상피(RPE)는 혈관이 풍부한 맥락막모세혈관층으로부터 분리됩니다. 브루흐 막, 외부 혈액-망막 장벽을 구성합니다. 맥락막모세혈관층과 RPE는 Bruch막의 제어 하에 영양분과 노폐물을 교환합니다. 지질단백질 축적물인 드루젠은 AMD의 브루흐막 외부에서 발생하여 그 기능을 방해합니다. 시간이 지남에 따라 RPE가 저하되면 광수용체 저하 및 시력 상실이 발생합니다.

과학자들은 하이드로겔에 세 가지 미성숙 맥락막 세포 유형, 즉 혈관 주위 세포, 내피 세포 및 섬유아세포를 결합했습니다. 그런 다음 그들은 생분해성 지지체에 젤을 인쇄했습니다. 며칠 내에 세포는 촘촘한 모세혈관 네트워크로 성숙해지기 시작했습니다.

42일째에 과학자들은 지지체의 뒷면에 망막 색소 상피 세포를 심었습니다. 인쇄된 조직은 XNUMX일에 완전히 성숙해졌습니다. 조직 분석과 유전적 및 기능적 테스트를 통해 인쇄된 조직이 본래의 외부 혈액-망막 장벽과 유사하게 보이고 행동하는 것으로 나타났습니다.

스트레스를 받으면 인쇄된 조직은 RPE 아래의 드루젠 침전물과 같은 초기 AMD 특성을 나타냈고, 조직 파괴가 관찰되는 후기 건조 단계 AMD로 진행되었습니다. 낮은 산소 수준으로 인해 하위 RPE 영역으로 이동한 맥락막 혈관 과다증식으로 인해 습한 AMD와 유사한 모양이 발생했습니다. AMD 치료에 사용된 항-VEGF 약물은 혈관 형성과 이동을 늦추는 동시에 조직 모양도 개선했습니다.

NEI 안구 및 줄기세포 중개 연구 부문 책임자인 Kapil Bharti 박사는 다음과 같이 말했습니다. “세포를 인쇄함으로써 우리는 정상적인 외부 혈액-망막 장벽 해부학에 필요한 세포 단서의 교환을 촉진하고 있습니다. 예를 들어, RPE 세포의 존재는 다음을 유도합니다. 유전자 발현 브루흐 막 형성에 기여하는 섬유아세포의 변화는 수년 전에 제안되었지만 우리 모델까지 입증되지 않았습니다."

과학자들은 적절한 생분해성 지지체 생성과 일관된 인쇄 패턴 달성이라는 두 가지 기술적 문제를 다루었습니다. 그들은 젤이 차가울 때 뚜렷한 줄을 생성하지만 젤이 따뜻해지면 용해되는 온도 감지 하이드로겔을 개발했습니다. 조직 구조를 평가하는 보다 정확한 시스템은 우수한 행 일관성으로 인해 가능해졌습니다. 또한 세포 조합에서 섬유아세포, 내피세포, 혈관주위세포의 비율을 최적화했습니다.

공동 저자이자 NIH 국립 중개 과학 센터의 3D 조직 바이오프린팅 연구소 소장인 Marc Ferrer 박사와 그의 팀은 "웰 내" 외부 혈액-망막 장벽 조직의 생체 제작에 대한 전문 지식을 제공했습니다. ” 분석 측정과 함께 약물 스크리닝을 가능하게 합니다.

"우리의 공동 노력으로 퇴행성 안구 질환과 매우 관련성이 높은 망막 조직 모델이 탄생했습니다."라고 Ferrer는 말합니다. 말했다. "이러한 조직 모델은 치료제 개발을 포함하여 번역 응용 분야에서 많은 잠재적인 용도를 가지고 있습니다."

저널 참조 :

1. 송민재, Russ Quinn 외. 바이오프린팅된 3D 외부 망막 장벽은 진행성 황반변성에서 RPE 의존성 맥락막 표현형을 밝혀냅니다. 자연 방법, 2022; DOI : 10.1038/s41592-022-01701-1