Naukowcy wykorzystali komórki macierzyste pacjentów i biodrukowanie 3D do wytworzenia tkanki oka, która pozwoli lepiej zrozumieć mechanizmy chorób powodujących ślepotę. Zespół badawczy z National Eye Institute (NEI), będącego częścią National Institutes of Health, wydrukował kombinację komórek tworzących zewnętrzną barierę krew-siatkówka – tkankę oka, która wspiera światłoczułe fotoreceptory siatkówki. Technika ta zapewnia teoretycznie nieograniczone zasoby tkanek pochodzących od pacjentów do badania chorób zwyrodnieniowych siatkówki, takich jak zwyrodnienie plamki żółtej związane z wiekiem (AMD).
„Wiemy, że AMD zaczyna się w zewnętrznej barierze krew-siatkówka” — powiedział dr Kapil Bharti, który kieruje sekcją NEI ds. badań nad translacją oka i komórek macierzystych. „Jednak mechanizmy inicjacji i progresji AMD do zaawansowanych stadiów suchych i mokrych pozostają słabo poznane z powodu braku fizjologicznie odpowiednich modeli ludzkich”.
Zewnętrzna bariera krew-siatkówka składa się z nabłonka barwnikowego siatkówki (RPE), oddzielonego błoną Brucha od naczyniówki włosowatej bogatej w naczynia krwionośne. Błona Brucha reguluje wymianę składników odżywczych i odpadów między choriocapillaris a RPE. W AMD złogi lipoprotein zwane druzami tworzą się poza błoną Brucha, utrudniając jej funkcję. Z biegiem czasu dochodzi do rozpadu RPE, co prowadzi do degeneracji fotoreceptorów i utraty wzroku.
Bharti i współpracownicy połączyli trzy typy niedojrzałych komórek naczyniówki w hydrożelu: perycyty i komórki śródbłonka, które są kluczowymi składnikami naczyń włosowatych; i fibroblasty, które nadają tkankom strukturę. Następnie naukowcy wydrukowali żel na biodegradowalnym rusztowaniu. W ciągu kilku dni komórki zaczęły dojrzewać w gęstą sieć naczyń włosowatych.
Dziewiątego dnia naukowcy wysiano komórki nabłonka barwnikowego siatkówki po drugiej stronie rusztowania. Wydrukowana tkanka osiągnęła pełną dojrzałość w dniu 42. Analizy tkanek oraz testy genetyczne i funkcjonalne wykazały, że wydrukowana tkanka wyglądała i zachowywała się podobnie do natywnej zewnętrznej bariery krew-siatkówka. Pod wpływem stresu wydrukowana tkanka wykazywała wzorce wczesnego AMD, takie jak złogi druzów pod RPE i progresję do późnego stadium suchego AMD, w którym zaobserwowano degradację tkanki. Niski poziom tlenu wywołany mokrym wyglądem podobnym do AMD, z hiperproliferacją naczyń naczyniówkowych, które migrowały do strefy pod RPE. Leki anty-VEGF stosowane w leczeniu AMD hamowały przerost i migrację tych naczyń oraz przywracały morfologię tkanek.
„Drukując komórki, ułatwiamy wymianę sygnałów komórkowych, które są niezbędne do prawidłowej anatomii zewnętrznej bariery krew-siatkówka” – powiedział Bharti. „Na przykład obecność komórek RPE indukuje zmiany ekspresji genów w fibroblastach, które przyczyniają się do tworzenia błony Brucha – coś, co sugerowano wiele lat temu, ale nie zostało udowodnione aż do naszego modelu”.
Wśród wyzwań technicznych, którym zajął się zespół Bharti, znalazło się stworzenie odpowiedniego biodegradowalnego rusztowania i uzyskanie spójnego wzoru nadruku poprzez opracowanie wrażliwego na temperaturę hydrożelu, który tworzy wyraźne rzędy, gdy jest zimny, ale rozpuszcza się, gdy żel się podgrzewa. Dobra spójność rzędów umożliwiła bardziej precyzyjny system ilościowego określania struktur tkankowych. Zoptymalizowali również stosunek mieszaniny komórek perycytów, komórek śródbłonka i fibroblastów.
Współautor dr Marc Ferrer, dyrektor Laboratorium Biodruku Tkankowego 3D w National Center for Advancing Translational Sciences NIH i jego zespół dostarczyli ekspertyz w zakresie biofabrykacji zewnętrznych tkanek bariery krew-siatkówka „w studzience, „wraz z pomiarami analitycznymi umożliwiającymi badania przesiewowe leków.
„Nasze wspólne wysiłki zaowocowały bardzo odpowiednimi modelami tkanek siatkówki zwyrodnieniowych chorób oczu” – powiedział Ferrer. „Takie modele tkanek mają wiele potencjalnych zastosowań w zastosowaniach translacyjnych, w tym w opracowywaniu leków”.
Bharti i współpracownicy używają wydrukowanych modeli bariery krew-siatkówka do badania AMD i eksperymentują z dodaniem dodatkowych typów komórek do procesu drukowania, takich jak komórki odpornościowe, aby lepiej odtworzyć natywną tkankę.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez NIH/National Eye Institute. Uwaga: treść może być edytowana pod kątem stylu i długości.