导语

近日，一组增材制造康复应用领域的研究人员，利用患者的干细胞通过3D生物打印技术制造出了眼组织，这使得致盲性疾病机制的研究又前进了一大步。该技术为研究年龄相关性黄斑变性(AMD)等退行性视网膜疾病提供了理论基础。该团队隶属于美国国立卫生研究院下辖的国家眼科研究所(NEI)，研究发表在《Nature Methods》上。

01 研究背景

增材制造技术康复领域的应用已为诸多各方面疾病患者的康复带来了福音。近日，美国国立卫生研究院下属的国家眼科研究所(NEI)的研究团队打印了一种细胞组合，该细胞组合形成了用于支持视网膜感光细胞眼组织的外层血-视网膜屏障。该技术为如年龄相关性黄斑变性(AMD)等研究退行性视网膜疾病提供了理论上无限的来源组织，该研究将大大促进对致盲性疾病机制的深入理解。

国家眼科研究所的眼科和干细胞转化研究部门负责人Kapil Bharti博士表示:“我们知道年龄相关性黄斑变性始于外层血-视网膜屏障。然而，由于缺乏相关的人体生理模型，我们对年龄相关性黄斑变性的进展及晚期阶段的机制仍然知之甚少。”该研究发表在《Nature Methods》上。

网膜和脉络膜的界面

外层血-视网膜屏障由Bruch膜与富含血管的脉络膜毛细血管层分隔的视网膜色素上皮(RPE)组成。Bruch膜调节脉络膜毛细血管层和视网膜色素上皮之间的营养物质和废物的交换。在年龄相关性黄斑变性中，被称为玻璃膜疣的脂蛋白沉积在Bruch膜外，其功能受到了影响。随着时间的推移，视网膜色素上皮分解导致光感受器变性和视力丧失。

02 研究过程

Bharti及该团队其他科研人员将三种未成熟的脉络膜细胞类型组合在水凝胶中，这三种脉络膜细胞分别为：毛细血管的关键成分周细胞、内皮细胞以及赋予组织结构的纤维母细胞。然后，该研究进一步将凝胶打印在可生物降解的支架上。几天之内，细胞开始成熟，并形成一个致密的毛细血管网络。

眼睛的外部血-视网膜屏障

在第9天，该研究团队在支架的另一面种植了视网膜色素上皮细胞。打印的组织在第42天达到完全成熟。组织分析、基因和功能测试表明，打印组织的外观和行为与天然的外层血-视网膜屏障相似。在诱导应力作用下，打印组织表现为早期年龄相关性黄斑变性，如视网膜色素上皮下玻璃膜疣沉积，并发展至晚期的干性年龄相关性黄斑变性，出现了组织降解。低氧引起湿性年龄相关性黄斑变性样外观，伴脉络膜血管过度增生，并迁移至视网膜色素上皮下区。用于治疗AMD的抗vegf药物抑制了这种血管的过度生长和迁移，并恢复了组织形态。

血管的生长过程

Bharti表示:“通过打印细胞，我们正在努力促进实现正常外层血-视网膜屏障解剖所需的细胞线索交换。例如，视网膜色素上皮细胞的存在诱导成纤维细胞的基因表达改变，从而促进Bruch膜的形成，这项概念在许多年前已存在，事到如今，我们的模型终于证实了其合理性和准确性。”

03 研究展望

Bharti团队提出的研究是具有重大挑战的，该技术生成合适的生物可降解支架，并通过开发一种温度敏感性在低温时可以实现不同排列的水凝胶来从而实现一致的打印模式。此外，该团队优化了周细胞、内皮细胞和成纤维细胞的细胞混合比例。

该项研究的主要研究人员，美国国立卫生研究院推进转化科学中心3D组织生物打印实验室主任Marc Ferrer博士表示:“我们合作并已经产生了退化性眼病的视网膜组织模型。这种组织模型在转化应用中有诸多潜在用途。”

Bharti及其团队人员正在使用打印的血-视网膜屏障模型来研究年龄相关性黄斑变性，他们正在尝试在打印过程中添加如免疫细胞等额外的细胞类型，以更好地再现原生组织。

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