Oamenii de ştiinţă au folosit celule stem de la pacienţi şi tehnica de bioprintare 3D pentru a produce ţesut ocular, avansând astfel înţelegerea asupra mecanismelor bolilor oculare care provoacă orbire.
Echipa de cercetare de la National Eye Institute (NEI), parte a Institutelor Naţionale de Sănătate din Statele Unite, a tipărit o combinaţie de celule care formează ţesutul ocular responsabil de susţinerea fotoreceptorilor retinei sensibili la lumină: bariera retiniană externă sânge-retină.
Tehnica oferă, teoretic, capacitatea de a obţine nelimitat ţesut derivat de la pacient pentru studiul bolilor degenerative ale retinei, cum ar fi degenerescenţa maculară legată de vârstă (DMLV/AMD).
„Ştim că DMLV începe în bariera exterioară sânge-retină”, spune Kapil Bharti, care conduce departamentul NEI pentru cercetarea translaţională a celulelor oculare şi stem. „Cu toate acestea, mecanismele care declanşează DMLV şi progresia către stadiile avansate, uscat/umed, ale bolii sunt puţin înţelese din cauza lipsei de modele umane relevante din punct de vedere fiziologic” a precizat el.
Bariera exterioară sânge-retină constă din epiteliul pigmentar retinian (RPE), separat de coriocapilarul bogat în vase de sânge prin membrana lui Bruch.
(Credit imagine: National Eye Institute)
Membrana lui Bruch reglează schimbul de nutrienţi şi deşeuri între coriocapilare şi RPE. În DMLV, depozitele de drusen (lipoproteine) se formează în afara membranei lui Bruch, împiedicându-i funcţia. De-a lungul timpului, RPE se descompune ducând la degenerarea fotoreceptorilor şi la pierderea vederii.
În recentul studiu, cercetătorii au combinat trei tipuri de celule coroidale imature într-un hidrogel: pericitele şi celulele endoteliale, care sunt componente cheie ale capilarelor, şi fibroblastele, care dau naştere structurii ţesuturilor.
Apoi, oamenii de ştiinţă au imprimat gelul pe o structură biodegradabilă. În câteva zile, celulele au început să se maturizeze într-o reţea capilară densă.
[ot-video][/ot-video](Cercetătorii NIH au folosit bioimprimarea 3D pentru a crea ţesut ocular: Tehnica oferă un model pentru studierea genezei degenerescenţei maculare legate de vârstă şi a altor boli oculare. Credit: National Eye Institute)
În ziua a nouă, oamenii de ştiinţă au pus celule epiteliale pigmentare retiniene pe partea opusă a structurii biodegradabile. Ţesutul imprimat a atins maturitatea deplină în ziua 42.
Analizele ţesuturilor şi testele genetice şi funcţionale au arătat că ţesutul imprimat arăta şi s-a comportat similar cu bariera exterioară sânge-retină naturală.
Sub stres indus, ţesutul imprimat a prezentat semne de DMLV timpurie, cum ar fi depozitele de drusen sub RPE şi progresia către DMLV în stadiu uscat, unde a fost observată degradarea ţesuturilor. Un mediu de oxigen scăzut a indus DMLV cu aspect umed, cu hiperproliferarea vaselor coroidale care au migrat în zona de sub RPE.
Medicamentele anti-VEGF (anti factor de creştere endotelial vascular, ce opresc vasele de sânge anormale, numite neovase să crească, să transudeze şi să sângereze), utilizate pentru tratarea DMLV, au suprimat creşterea excesivă şi migrarea acestor vase şi au restabilit morfologia ţesuturilor.
„Prin imprimarea celulelor, facilităm schimbul de indicii celulare care sunt necesare pentru anatomia normală a barierei exterioare de sânge-retină”, a spus Bharti. „De exemplu, prezenţa celulelor RPE induce modificări ale expresiei genelor în fibroblaste care contribuie la formarea membranei lui Bruch – ceva care a fost sugerat cu mulţi ani în urmă, dar nu a fost dovedit până la modelul nostru”.
Printre provocările tehnice abordate de echipă s-au numărat: generarea unei structuri biodegradabile adecvate şi realizarea unui model de imprimare consistent prin dezvoltarea unui hidrogel sensibil la temperatură, care produce straturi distincte atunci când este rece, şi care se dizolvă când gelul este încălzit.
O bună consistenţă a straturilor bioimprimate a permis realizarea unui sistem mai precis de cuantificare a structurilor tisulare. De asemenea, cercetătorii au reuşit să optimizeze raportul de amestec celular al pericitelor, celulelor endoteliale şi al fibroblastelor.
Echipa a obţinut expertiza pentru biofabricarea ţesuturilor exterioare ale barierei sânge-retină şi măsurători analitice pentru a permite screening-ul medicamentelor, de la co-autorul studiului, Marc Ferrer, directorul laboratorului de bioimprimare 3D a ţesuturilor de la Centrul Naţional pentru Avansarea Ştiinţelor Translaţionale al NIH.
(foto: bariera exterioară sânge-retină a ochiului cuprinde epiteliul pigmentar retinian, membrana lui Bruch şi coriocapilara. Credit imagine: National Eye Institute)
Eforturile de colaborare au condus la realizarea unor modele foarte relevante de ţesut retinian pentru bolile degenerative ale ochiului. Potrivit autorilor, astfel de modele de ţesut au multe utilizări potenţiale în aplicaţii translaţionale, inclusiv în dezvoltarea terapeutică.
În continuare, echipa foloseşte modele de barieră sânge-retină bioimprimate pentru a studia DMLV şi experimentează adăugarea unor tipuri de celule suplimentare la procesul de imprimare, cum ar fi celulele imune, pentru a reda mai bine ţesutul natural.
Recentul studiu a fost publicat vineri, în revista online Nature Methods.
