Leeftijdsgebonden maculaire degeneratie (AMD) is een belangrijke oorzaak van blindheid. Het initieert in de buitenste bloed-retina-barrière (oBRB), gevormd door het retinale pigmentepitheel (RPE), het membraan van Bruch en choriocapillaris. De initiatie- en progressiemechanismen van AMD moeten nog steeds beter worden begrepen vanwege het gebrek aan fysiologisch relevante menselijke oBRB-modellen.
Het onderzoeksteam van het National Eye Institute (NEI), onderdeel van de National Institutes of Health, gebruikte patiënten stamcellen en 3D-bioprinten om oogweefsel te produceren dat het begrip van de mechanismen van verblindende ziekten zal vergroten. Wetenschappers hebben een combinatie van cellen geprint die de buitenste bloed-retinabarrière vormen.
Het retinale pigmentepitheel (RPE), gescheiden van de bloedvatrijke choriocapillaris door Het membraan van Bruch, vormt de buitenste bloed-retinabarrière. De choriocapillaris en RPE wisselen voedingsstoffen en afval uit onder controle van het membraan van Bruch. Drusen, dit zijn ophopingen van lipoproteïnen, ontwikkelen zich buiten het membraan van Bruch bij AMD en belemmeren de functie ervan. Degradatie van RPE in de loop van de tijd veroorzaakt verslechtering van de fotoreceptor en verlies van gezichtsvermogen.
Wetenschappers combineerden drie onrijpe choroïdale celtypen in een hydrogel: pericyten, endotheelcellen en fibroblasten. Vervolgens printten ze de gel op een biologisch afbreekbare steiger. Binnen enkele dagen begonnen de cellen te rijpen tot een dicht capillair netwerk.
Op dag negen plaatsten de wetenschappers retinale pigmentepitheelcellen aan de andere kant van het schavot. Het bedrukte weefsel bereikte de volledige rijpheid op dag 42. Weefselanalyses en genetische en functionele tests toonden aan dat het bedrukte weefsel er hetzelfde uitzag en zich gedroeg als de natuurlijke buitenste bloed-retinabarrière.
B. De buitenste bloed-retinabarrière van het oog omvat retinaal pigmentepitheel, het membraan van Bruch en de choriocapillaris. Afbeelding tegoed: Nationaal Ooginstituut.
C. Groei van bloedvaten over gedrukte rijen van een mengsel van endotheel-pericyt-fibroblastcellen. Op dag 7 vullen de bloedvaten de ruimte tussen de rijen op en vormen zo een netwerk van haarvaten. Afbeelding tegoed: Kapil Bharti.
Bij blootstelling aan stress vertoonde het bedrukte weefsel AMD-kenmerken in een vroeg stadium, zoals drusenafzettingen onder de RPE, en ging het over naar een laat stadium van AMD in het droge stadium, waar weefselafbraak werd waargenomen. Lage zuurstofniveaus veroorzaakten een nat AMD-achtig uiterlijk met choroïdale vasculaire hyperproliferatie die zich naar de sub-RPE-zone bewoog. Bij gebruik bij de behandeling van AMD vertraagden anti-VEGF-medicijnen de vorming en migratie van bloedvaten, terwijl ze ook de weefselvorm verbeterden.
Kapil Bharti, Ph.D., hoofd van de NEI-sectie over oculair en stamcel-translationeel onderzoek, zei: “Door cellen te printen faciliteren we de uitwisseling van cellulaire signalen die nodig zijn voor de normale anatomie van de buitenste bloed-retinabarrière. De aanwezigheid van RPE-cellen induceert bijvoorbeeld genexpressie veranderingen in fibroblasten die bijdragen aan de vorming van het membraan van Bruch – iets dat vele jaren geleden werd gesuggereerd, maar pas in ons model werd bewezen.”
Wetenschappers hebben twee technologische problemen aangepakt: het creëren van een geschikt biologisch afbreekbaar platform en het bereiken van een consistent printpatroon. Ze ontwikkelden een temperatuurgevoelige hydrogel die verschillende rijen produceerde terwijl de gel koud was, maar oploste toen de gel opwarmde. Een nauwkeuriger systeem voor het beoordelen van de weefselarchitectuur werd mogelijk gemaakt door een goede rijconsistentie. Bovendien optimaliseerden ze het aandeel fibroblasten, endotheelcellen en pericyten in de celcombinatie.
Co-auteur Marc Ferrer, Ph.D., directeur van het 3D Tissue Bioprinting Laboratory bij NIH's National Center for Advancing Translational Sciences, en zijn team leverden expertise voor de biofabricage van de buitenste bloed-retina-barrièreweefsels “in een putje, ”samen met analytische metingen om geneesmiddelenscreening mogelijk te maken.
[Ingesloten inhoud]
“Onze gezamenlijke inspanningen hebben geresulteerd in zeer relevante retinaweefselmodellen van degeneratieve oogziekten”, zegt Ferrer zei. "Dergelijke weefselmodellen hebben veel potentiële toepassingen in translationele toepassingen, waaronder de ontwikkeling van therapeutische middelen."
Journal Reference:
- Min Jae Song, Russ Quinn et al. Biogeprinte 3D buitenste netvliesbarrière onthult RPE-afhankelijk choroïdaal fenotype in gevorderde maculaire degeneratie Nature Methods, 2022, DOI: 10.1038/s41592-022-01701-1
