美研究員3D打印眼部組織 助了解黃斑變性成因

【2023年01月11日訊】(大紀元專題部記者吳瑞昌編譯報導)隨著現代人們在夜間使用電子產品時間增加,不少人眼睛出現退化或受損。近期,美國科學家利用幹細胞和3D生物打印技術,打印出眼部光感組織讓科學家了解致盲的病理機制,或提供患者該部分的組織。

美國國立衛生研究院(NIH)旗下的國家眼科研究所(NEI)的研究小組透過3D生物列印技術,將人體的幹細胞打印成支持視網膜感光的光感受器組織,同時能讓醫學界進一步研究退化性視網膜疾病產生的原因。該項研究成果於2022年12月底發表在《自然》科學雜誌上。

與年齡相關的黃斑變性(AMD)是目前主要失明的原因之一,全球患者超過1.96億。

黃斑變性又分為乾性和濕性兩種。當前已知乾性黃斑變性又稱「玻璃膜疣的脂蛋白沉積物」,主要在布魯赫膜(Bruch membrane )外出現,會阻礙其功能進行,導致外層血視網膜屏障(oBRB)中的視網膜色素上皮組織細胞缺乏營養後,出現死亡和分解現象,最終導致眼球的光感受器出現退化,視力受損,甚至失明。

在濕性黃斑變性(由脈絡膜新生血管形成)中,由於脈絡膜毛細血管過度增殖,突破了視網膜色素上皮組織(RPE)連接處,使視網膜下的間隙出現漏血現象。

國家眼科研究所眼部和幹細胞轉化研究部負責人卡皮爾·巴蒂(Kapil Bharti)博士對NIH的新聞室表示,「我們知道黃斑變性始於外層血視網膜屏障,但缺乏人體內的生理相關模型,因此目前為止對於黃斑變性的啟動和進展機制,仍知之甚少。」

為了解黃斑變性的啟動和進展機制,巴蒂及其同事利用生物3D列印技術、組織工程和人類的多功能幹細胞進行打印作業,將水凝膠中結合了三種未成熟的脈絡膜細胞進行打印。

使用的三種細胞有,周細胞(pericyte)、內皮細胞(毛細血管的主要關鍵成分)和纖維細胞(賦予了眼部組織部分結構),再將這種凝膠打印在可生物降解的支架上,讓三種細胞進行生長。(「脈絡膜」和3D-oBRB成熟的生物打印的第一段)

幾天後,細胞開始發育成緻密的毛細血管網絡。生長到第7天時,科學家們將視網膜色素上皮細胞植入支架的另一側,直至該組織生長完全成熟,而整個成熟過程,大概花費42天(6週)的時間。(開發完整的3D-oBRB第一段、「脈絡膜」和3D-oBRB成熟的生物打印的最後一段)

完成後,科學家們開始測試和分析該組織,發現打印出來的組織在外觀和功能上與天然的外層血視網膜屏障相似。

科學家們在壓力測試中觀察到,該組織是如何開始出現黃斑變性的模式。例如,視網膜色素上皮組織下,出現玻璃膜疣沉積物和發展到晚期的乾性黃斑變性。此外,還觀察到濕性黃斑變性發生的外觀,主要是脈絡膜血管過度增殖,遷移至亞視網膜色素上皮組織區,最終導致滲血。(主要的前三段)

對此,巴蒂博士表示,「通過這次3D打印細胞,提供必需的細胞線索,讓我們觀察到正常外層血視網膜屏障解剖結構。」「實驗中觀察到,視網膜色素上皮組織細胞的存在,讓纖維細胞的基因表達發生變化,從而促進布魯赫膜的形成,儘管這是很多年前提出的,但直到我們的實體模型出來,才真正得到證實。」

該篇論文的合著作者、美國國立衛生研究院的3D組織生物打印實驗室主任馬克·費雷爾(Marc Ferrer)博士表示,「我們努力產出非常相似的退化的眼病視網膜組織模型,這種組織模型在轉化應用中具有許多潛在用途,包括治療和藥物開發。」

目前巴蒂博士和其他研究人員正在使用3D列印的血視網膜屏障模型來研究黃斑變性發生過程,他們正在試驗在印刷過程中添加其他細胞類型。例如,增加免疫細胞,使列印的眼球組織能表現的更加接近於天然的眼球組織。

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