研究人员使用3D生物打印技术制造眼部组织

科学家们使用患者干细胞和3D生物打印来生产眼部组织，这将促进对致盲性疾病机制的理解。隶属于美国国立卫生研究院的国家眼科研究所(NEI)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门负责人KapilBharti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。打印的纸巾在第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学所必需的细胞线索的交换。”“例如，RPE细胞的存在会诱导成纤维细胞中的基因表达发生变化，从而促进布鲁赫膜的形成——这是很多年前提出的，但直到我们的模型才得到证实。”

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MarcFerrer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。

本新闻稿描述了一项基础研究发现。基础研究增加了我们对人类行为和生物学的理解，这是推进预防、诊断和治疗疾病的新方法和更好方法的基础。科学是一个不可预测的渐进过程——每项研究进展都建立在过去的发现之上，通常是以意想不到的方式。

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