NIH研究人员使用3D生物打印来创建眼部组织

来自国立卫生研究院下属国家眼科研究所 (NEI) 的研究小组打印了形成外部血视网膜屏障的细胞组合——支持视网膜感光光感受器的眼组织。该技术理论上可以无限供应患者来源的组织，以研究退行性视网膜疾病，如年龄相关性黄斑变性 (AMD)。

“我们知道 AMD 始于外层血视网膜屏障，”NEI 眼部和干细胞转化研究部负责人 Kapil Bharti 博士说。“然而，由于缺乏生理相关的人体模型，AMD 的启动和进展到晚期干湿阶段的机制仍然知之甚少。”

外血视网膜屏障由视网膜色素上皮 (RPE) 组成，由布鲁赫膜与富含血管的脉络膜毛细血管隔开。Bruch 膜调节脉络膜毛细血管和 RPE 之间的养分和废物交换。在 AMD 中，称为玻璃膜疣的脂蛋白沉积物在 Bruch 膜外形成，阻碍其功能。随着时间的推移，RPE 分解导致光感受器退化和视力丧失。

Bharti 及其同事在水凝胶中结合了三种未成熟的脉络膜细胞类型：周细胞和内皮细胞，它们是毛细血管的关键成分;和成纤维细胞，它们赋予组织结构。然后，科学家们将这种凝胶打印在可生物降解的支架上。几天之内，细胞开始发育成致密的毛细血管网络。

第九天，科学家们将视网膜色素上皮细胞植入支架的另一侧。打印的组织在第 42 天达到完全成熟。组织分析以及基因和功能测试表明，打印的组织在外观和行为上与天然外层血视网膜屏障相似。在诱发压力下，印刷组织表现出早期 AMD 的模式，例如 RPE 下的玻璃膜疣沉积物和进展到晚期干性 AMD，其中观察到组织退化。低氧诱导湿性 AMD 样外观，脉络膜血管过度增殖迁移到亚 RPE 区。用于治疗 AMD 的抗 VEGF 药物抑制了这种血管过度生长和迁移，并恢复了组织形态。

Bharti 说：“通过打印细胞，我们正在促进正常外层血视网膜屏障解剖所必需的细胞信号交换。”“例如，RPE 细胞的存在会诱导成纤维细胞的基因表达变化，从而有助于布鲁赫膜——许多年前就有人提出但直到我们的模型才得到证实的东西。”

Bharti 团队解决的技术挑战之一是生成合适的可生物降解支架，并通过开发温度敏感的水凝胶实现一致的打印图案，这种水凝胶在冷时形成不同的行，但在凝胶变暖时溶解。良好的行一致性使量化组织结构的系统更加精确。他们还优化了周细胞、内皮细胞和成纤维细胞的细胞混合比例。

合著者 Marc Ferrer 博士，NIH 国家转化科学推进中心 3D 组织生物打印实验室主任，他的团队提供了外层血视网膜屏障组织生物制造的专业知识。 ”以及分析测量以实现药物筛选。

“我们的合作努力已经产生了非常相关的退行性眼病视网膜组织模型，”费雷尔说。“这种组织模型在转化应用中具有许多潜在用途，包括治疗学开发。”

Bharti 和合作者正在使用印刷的血视网膜屏障模型来研究 AMD，他们正在试验在印刷过程中添加其他细胞类型，例如免疫细胞，以更好地再现天然组织。