干細胞結合3D生物打印造出眼部組織

美國國家衛生研究院下屬國家眼科研究所（NEI）研究人員使用患者干細胞和3D生物打印技術，打印出一種支持視網膜感光的光感受器的眼組織——外層血—視網膜屏障的細胞組合。這一成果為研究老年性黃斑變性（AMD）和其他眼病的發病機制提供了模型，將促進人們對致盲疾病機制的理解。

外層血—視網膜外屏障由視網膜色素上皮（RPE）組成，視網膜色素上皮被布魯赫膜與富含血管的脈絡膜毛細血管隔開。布魯赫膜調節絨毛毛細血管和RPE之間的營養物質和廢物的交換。在AMD中，稱為脈絡膜小疣的脂蛋白沉積物在布魯赫膜外形成，阻礙其功能。隨著時間的推移，RPE分解，導致光感受器退化和視力喪失。

研究人員在水凝膠中結合了3種未成熟的脈絡膜細胞類型：周細胞、內皮細胞和成纖維細胞。然后，他們將凝膠打印在可生物降解的支架上。幾天后，這些細胞開始成熟，形成致密的毛細血管網絡。在第9天，研究人員在支架的反面種植了視網膜色素上皮細胞。打印的組織在第42天達到完全成熟。

組織分析、遺傳和功能測試表明，打印組織的外觀和行為都類似于天然的外層血—視網膜屏障。在誘導應激下，打印組織顯示出早期AMD的模式，如RPE下的脈絡膜小疣，并進展到晚期干性AMD，其中觀察到組織退化。低氧導致濕性AMD樣外觀伴隨著脈絡膜血管過度增殖，并遷移到RPE下區域。用于治療AMD的抗血管內皮生長因子藥物可抑制血管過度生長和遷移，并恢復組織形態。

研究團隊解決的技術挑戰包括生成合適的可生物降解支架，以及通過開發一種溫度敏感型水凝膠來實現一致的打印圖案，這種水凝膠在冷的時候會出現明顯的條紋，但當凝膠變暖時會溶解。良好的一致性使研究人員能更精確地量化組織結構。他們還在細胞混合物中優化了周細胞、內皮細胞和成纖維細胞的比例。