美研究员3D打印眼部组织 助了解黄斑变性成因

【大纪元2023年01月11日讯】(大纪元专题部记者吴瑞昌编译报导)随着现代人们在夜间使用电子产品时间增加,不少人眼睛出现退化或受损。近期,美国科学家利用干细胞和3D生物打印技术,打印出眼部光感组织让科学家了解致盲的病理机制,或提供患者该部分的组织。

美国国立卫生研究院(NIH)旗下的国家眼科研究所(NEI)的研究小组透过3D生物列印技术,将人体的干细胞打印成支持视网膜感光的光感受器组织,同时能让医学界进一步研究退化性视网膜疾病产生的原因。该项研究成果于2022年12月底发表在《自然》科学杂志上。

与年龄相关的黄斑变性(AMD)是目前主要失明的原因之一,全球患者超过1.96亿。

黄斑变性又分为干性和湿性两种。当前已知干性黄斑变性又称“玻璃膜疣的脂蛋白沉积物”,主要在布鲁赫膜(Bruch membrane )外出现,会阻碍其功能进行,导致外层血视网膜屏障(oBRB)中的视网膜色素上皮组织细胞缺乏营养后,出现死亡和分解现象,最终导致眼球的光感受器出现退化,视力受损,甚至失明。

在湿性黄斑变性(由脉络膜新生血管形成)中,由于脉络膜毛细血管过度增殖,突破了视网膜色素上皮组织(RPE)连接处,使视网膜下的间隙出现漏血现象。

国家眼科研究所眼部和干细胞转化研究部负责人卡皮尔·巴蒂(Kapil Bharti)博士对NIH的新闻室表示,“我们知道黄斑变性始于外层血视网膜屏障,但缺乏人体内的生理相关模型,因此目前为止对于黄斑变性的启动和进展机制,仍知之甚少。”

为了解黄斑变性的启动和进展机制,巴蒂及其同事利用生物3D列印技术、组织工程和人类的多功能干细胞进行打印作业,将水凝胶中结合了三种未成熟的脉络膜细胞进行打印。

使用的三种细胞有,周细胞(pericyte)、内皮细胞(毛细血管的主要关键成分)和纤维细胞(赋予了眼部组织部分结构),再将这种凝胶打印在可生物降解的支架上,让三种细胞进行生长。(“脉络膜”和3D-oBRB成熟的生物打印的第一段)

几天后,细胞开始发育成致密的毛细血管网络。生长到第7天时,科学家们将视网膜色素上皮细胞植入支架的另一侧,直至该组织生长完全成熟,而整个成熟过程,大概花费42天(6周)的时间。(开发完整的3D-oBRB第一段、“脉络膜”和3D-oBRB成熟的生物打印的最后一段)

完成后,科学家们开始测试和分析该组织,发现打印出来的组织在外观和功能上与天然的外层血视网膜屏障相似。

科学家们在压力测试中观察到,该组织是如何开始出现黄斑变性的模式。例如,视网膜色素上皮组织下,出现玻璃膜疣沉积物和发展到晚期的干性黄斑变性。此外,还观察到湿性黄斑变性发生的外观,主要是脉络膜血管过度增殖,迁移至亚视网膜色素上皮组织区,最终导致渗血。(主要的前三段)

对此,巴蒂博士表示,“通过这次3D打印细胞,提供必需的细胞线索,让我们观察到正常外层血视网膜屏障解剖结构。”“实验中观察到,视网膜色素上皮组织细胞的存在,让纤维细胞的基因表达发生变化,从而促进布鲁赫膜的形成,尽管这是很多年前提出的,但直到我们的实体模型出来,才真正得到证实。”

该篇论文的合著作者、美国国立卫生研究院的3D组织生物打印实验室主任马克·费雷尔(Marc Ferrer)博士表示,“我们努力产出非常相似的退化的眼病视网膜组织模型,这种组织模型在转化应用中具有许多潜在用途,包括治疗和药物开发。”

目前巴蒂博士和其他研究人员正在使用3D列印的血视网膜屏障模型来研究黄斑变性发生过程,他们正在试验在印刷过程中添加其他细胞类型。例如,增加免疫细胞,使列印的眼球组织能表现的更加接近于天然的眼球组织。◇

责任编辑:连书华

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