Возрастная макулярная дегенерация (ВМД) является основной причиной слепоты. Он начинается в наружном гемато-ретина-барьере (oBRB), образованном пигментным эпителием сетчатки (RPE), мембраной Бруха и хориокапиллярами. Механизмы инициации и прогрессирования AMD все еще требуют лучшего понимания из-за отсутствия физиологически значимых моделей oBRB человека.
Исследовательская группа Национального института глаз (NEI), входящая в состав Национальных институтов здравоохранения, использовала стволовые клетки и 3D-биопечать для производства тканей глаза, которая будет способствовать пониманию механизмов заболеваний, вызывающих слепоту. Ученые напечатали комбинацию клеток, образующих внешний барьер между кровью и сетчаткой.
Пигментный эпителий сетчатки (ПЭС), отделенный от богатых кровеносными сосудами хориокапилляров мембрана Бруха, образует внешний барьер гемато-сетчатка. Хориокапилляры и РПЭ обмениваются питательными веществами и отходами под контролем мембраны Бруха. Друзы, представляющие собой скопления липопротеинов, развиваются за пределами мембраны Бруха при ВМД и препятствуют ее функции. Деградация РПЭ с течением времени приводит к ухудшению работы фоторецепторов и потере зрения.
Ученые объединили в гидрогеле три типа незрелых клеток хориоидеи: перициты, эндотелиальные клетки и фибробласты. Затем они напечатали гель на биоразлагаемом каркасе. Через несколько дней клетки начали превращаться в густую капиллярную сеть.
На девятый день ученые посеяли клетки пигментного эпителия сетчатки на обратной стороне каркаса. Напечатанная ткань достигла полной зрелости на 42-й день. Анализ ткани, а также генетическое и функциональное тестирование показали, что напечатанная ткань выглядела и вела себя аналогично нативному наружному барьеру гемато-сетчатка.
б. Наружный барьер гемато-сетчатка глаза включает пигментный эпителий сетчатки, мембрану Бруха и хориокапилляры. Изображение предоставлено: Национальный глазной институт.
в. Рост кровеносных сосудов через напечатанные ряды смеси клеток эндотелия, перицитов и фибробластов. К 7-му дню кровеносные сосуды заполняют пространство между рядами, образуя сеть капилляров. Изображение предоставлено: Капил Бхарти.
Подвергаясь стрессу, напечатанная ткань проявляла характеристики ранней стадии AMD, такие как отложения друз под RPE, и прогрессировала до поздней стадии сухой стадии AMD, где наблюдалось разрушение ткани. Низкий уровень кислорода вызывал влажный вид AMD с гиперпролиферацией сосудов хориоидеи, которая перемещалась в зону суб-RPE. При использовании для лечения ВМД препараты против VEGF замедляли образование и миграцию кровеносных сосудов, а также улучшали форму тканей.
Капил Бхарти, доктор философии, возглавляющий секцию NEI по трансляционным исследованиям глаз и стволовых клеток, сказал: «Печатая клетки, мы облегчаем обмен клеточными сигналами, необходимыми для нормальной анатомии внешнего барьера кровь-сетчатка. Например, присутствие клеток РПЭ индуцирует экспрессии генов изменения в фибробластах, которые способствуют образованию мембраны Бруха — то, что было предложено много лет назад, но не было доказано до появления нашей модели».
Ученые решили две технологические проблемы: создание подходящего биоразлагаемого каркаса и достижение единообразного рисунка печати. Они разработали термочувствительный гидрогель, который образовывал отчетливые ряды, пока гель был холодным, но растворялся, когда гель нагревался. Более точная система оценки тканевой архитектуры стала возможной благодаря хорошей согласованности рядов. Кроме того, они оптимизировали долю фибробластов, эндотелиальных клеток и перицитов в клеточной комбинации.
Соавтор Марк Феррер, доктор философии, директор лаборатории 3D-тканевой биопечати в Национальном центре развития трансляционных наук НИЗ, и его команда предоставили экспертные знания по биопроизводству тканей наружного барьера кровь-сетчатка «в колодце», наряду с аналитическими измерениями для обеспечения скрининга наркотиков.
[Встраиваемое содержимое]
«Наши совместные усилия привели к созданию очень актуальных моделей тканей сетчатки дегенеративных заболеваний глаз», — Феррер — сказал. «Такие модели тканей имеют множество потенциальных применений в трансляционных приложениях, включая разработку терапии».
Справочник журнала:
- Мин Джэ Сон, Расс Куинн и др. Биопечатный 3D внешний барьер сетчатки раскрывает RPE-зависимый фенотип хориоидеи при прогрессирующей дегенерации желтого пятна. Методы природы, 2022, DOI: 10.1038/s41592-022-01701-1
