Исследователи используют 3D-биопечать для создания ткани глаза

Ученые использовали стволовые клетки пациентов и -био для создания глазной ткани, которая продвинет понимание механизмов заболеваний, вызывающих слепоту. Исследовательская группа из Национального института глаз (NEI), входящего в состав Национального института здоровья, напечатала комбинацию клеток, формирующих внешний гематоэнцефалический барьер — глазную ткань, поддерживающую светочувствительные фоторецепторы сетчатки. Этот метод обеспечивает теоретически неограниченный запас ткани, полученной от пациента, для изучения дегенеративных заболеваний сетчатки, таких как возрастная дегенерация желтого пятна (AMD).


«Мы знаем, что AMD начинается с внешнего гематоэнцефалического барьера», — сказал Капил Бхарти, доктор философии, который возглавляет секцию NEI по трансляционным исследованиям глаз и стволовых клеток. «Однако механизмы инициации ВМД и прогрессирования до продвинутой сухой и влажной стадий остаются плохо изученными из-за отсутствия физиологически значимых человеческих моделей».

Внешний гематоэнцефалический барьер состоит из пигментного эпителия сетчатки (ПЭС), отделенного мембраной Бруха от богатого кровеносными сосудами хориокапилляра. Мембрана Бруха регулирует обмен питательными веществами и отходами между хориокапиллярами и ПЭС. При ВМД отложения липопротеинов, называемые друзами, образуются за пределами мембраны Бруха, препятствуя ее функционированию. Со временем RPE разрушается, что приводит к дегенерации фоторецепторов и потере зрения.

Бхарти и его коллеги объединили в гидрогеле три типа незрелых хориоидальных клеток: перициты и эндотелиальные клетки, которые являются ключевыми компонентами капилляров; и фибробласты, которые придают тканям структуру. Затем ученые напечатали гель на биоразлагаемом каркасе. В течение нескольких дней клетки начали созревать в плотную капиллярную сеть.

На девятый день ученые посеяли клетки пигментного эпителия сетчатки на обратную сторону каркаса. Напечатанная ткань достигла полной зрелости на 42-й день. Анализ ткани, а также генетическое и функциональное тестирование показали, что напечатанная ткань выглядит и ведет себя так же, как нативный наружный гематоретинальный барьер. При индуцированном стрессе печатная ткань демонстрировала образцы ранней AMD, такие как отложения друз под RPE и прогрессирование до поздней сухой стадии AMD, где наблюдалась деградация ткани. Низкий уровень кислорода вызывает влажную ВМД с гиперпролиферацией хориоидальных сосудов, которые мигрируют в зону суб-РПЭ. Препараты против VEGF, применяемые для лечения ВМД, подавляли разрастание и миграцию этого сосуда и восстанавливали морфологию ткани.

«Печатая клетки, мы способствуем обмену клеточными сигналами, которые необходимы для нормальной анатомии внешнего барьера крови и сетчатки», — сказал Бхарти. «Например, присутствие клеток RPE вызывает изменения экспрессии генов в фибробластах, которые способствуют формированию мембраны Бруха — то, что было предложено много лет назад, но не было доказано до нашей модели».

Среди технических задач, которые решала команда Бхарти, были создание подходящего биоразлагаемого каркаса и достижение согласованного рисунка печати за счет разработки чувствительного к температуре гидрогеля, который образовывал четкие ряды в холодном состоянии, но растворялся при нагревании геля. Хорошая согласованность рядов позволила создать более точную систему количественного определения тканевых структур. Они также оптимизировали соотношение клеточной смеси перицитов, эндотелиальных клеток и фибробластов.

Соавтор Марк Феррер, доктор философии, директор Лаборатории трехмерной биопечати тканей в Национальном центре развития трансляционных наук NIH, и его команда предоставили экспертные знания для биопроизводства тканей внешнего гемато-сетчаточного барьера «в лунке». “вместе с аналитическими измерениями для включения скрининга наркотиков.

«Наши совместные усилия привели к очень актуальным моделям ткани сетчатки дегенеративных заболеваний глаз», — сказал Феррер. «У таких моделей тканей есть много потенциальных применений в трансляционных приложениях, включая разработку терапии».