Åldersrelaterad makuladegeneration (AMD) är en ledande orsak till blindhet. Det initieras i den yttre blod-näthinnan-barriären (oBRB) som bildas av retinalt pigmentepitel (RPE), Bruchs membran och choriocapillaris. AMD-initierings- och progressionsmekanismer måste fortfarande förstås bättre på grund av bristen på fysiologiskt relevanta mänskliga oBRB-modeller.
National Eye Institute (NEI) forskargrupp, en del av National Institutes of Health, använde patienten stamceller och 3D bioprinting för att producera ögonvävnad som kommer att främja förståelsen av mekanismerna för blindande sjukdomar. Forskare tryckte en kombination av celler som bildar den yttre blod-näthinnan barriären.
Det retinala pigmentepitelet (RPE), separerat från den blodkärlsrika choriocapillaris av Bruchs membran, utgör den yttre blod-näthinnan barriären. Choriocapillaris och RPE utbyter näringsämnen och avfall under kontroll av Bruchs membran. Drusen, som är lipoproteinansamlingar, utvecklas utanför Bruchs membran vid AMD och hindrar dess funktion. RPE-nedbrytning över tid orsakar fotoreceptorförsämring och synförlust.
Forskare kombinerade tre omogna koroidala celltyper i en hydrogel: pericyter, endotelceller och fibroblaster. De tryckte sedan gelén på en biologiskt nedbrytbar ställning. Inom några dagar började cellerna mogna till ett tätt kapillärnätverk.
På dag nio sådde forskarna retinala pigmentepitelceller på baksidan av ställningen. Den tryckta vävnaden nådde full mognad dag 42. Vävnadsanalyser och genetiska och funktionella tester visade att den tryckta vävnaden såg ut och betedde sig på samma sätt som den naturliga yttre blod-näthinnan.
b. Ögats yttre blod-näthinnabarriär består av retinalt pigmentepitel, Bruchs membran och choriocapillaris. Bildkredit: National Eye Institute.
c. Tillväxt av blodkärl över tryckta rader av en endotel-pericyt-fibroblastcellblandning. På dag 7 fylls blodkärlen i utrymmet mellan raderna och bildar ett nätverk av kapillärer. Bildkredit: Kapil Bharti.
När den utsätts för stress uppvisade den utskrivna vävnaden AMD-egenskaper i ett tidigt stadium, såsom drusenavlagringar under RPE, och utvecklades till sent stadium i torrt stadium AMD, där vävnadsnedbrytning sågs. Låga syrenivåer orsakade ett vått AMD-liknande utseende med koroidal vaskulär hyperproliferation som flyttade in i sub-RPE-zonen. När de används för att behandla AMD, bromsade anti-VEGF-läkemedel bildandet och migrationen av blodkärl samtidigt som de förbättrade vävnadsformen.
Kapil Bharti, Ph.D., som leder NEI-sektionen för translationell forskning om ögon och stamceller, sa: "Genom att skriva ut celler underlättar vi utbytet av cellulära ledtrådar som är nödvändiga för normal yttre anatomi av blod-näthinnan. Till exempel inducerar närvaron av RPE-celler genexpression förändringar i fibroblaster som bidrar till bildandet av Bruchs membran - något som föreslogs för många år sedan men som inte bevisades förrän vår modell."
Forskare tog upp två tekniska frågor: att skapa en lämplig biologiskt nedbrytbar ställning och att uppnå ett konsekvent tryckmönster. De utvecklade en temperaturkänslig hydrogel som producerade distinkta rader medan gelén var kall men löstes upp när gelén värmdes. Ett mer exakt system för att bedöma vävnadsarkitektur möjliggjordes av god radkonsistens. Dessutom optimerade de andelen fibroblaster, endotelceller och pericyter i cellkombinationen.
Medförfattare Marc Ferrer, Ph.D., chef för 3D Tissue Bioprinting Laboratory vid NIH:s National Center for Advancing Translational Sciences, och hans team tillhandahöll expertis för biotillverkning av de yttre blod-retinabarriärvävnaderna "i-a-well, ” tillsammans med analytiska mätningar för att möjliggöra läkemedelsscreening.
[Inbäddat innehåll]
"Våra samarbeten har resulterat i mycket relevanta näthinnavävnadsmodeller av degenerativa ögonsjukdomar," Ferrer sade. "Sådana vävnadsmodeller har många potentiella användningsområden i translationella tillämpningar, inklusive terapeutisk utveckling."
Tidskriftsreferens:
- Min Jae Song, Russ Quinn et al. Bioprintad 3D yttre näthinnabarriär avslöjar RPE-beroende koroidal fenotyp i avancerad makuladegeneration. Naturmetoder, 2022; DOI: 10.1038/s41592-022-01701-1
