干细胞结合3D生物打印造出眼部组织

眼睛的外层血—视网膜屏障包括视网膜色素上皮细胞、布鲁赫膜和脉络膜毛细血管。图片来源：美国国家眼科研究所（NEI）

美国国家卫生研究院下属国家眼科研究所（NEI）研究人员使用患者干细胞和3D生物打印技术，打印出一种支持视网膜感光的光感受器的眼组织——外层血—视网膜屏障的细胞组合。这一成果为研究老年性黄斑变性（AMD）和其他眼病的发病机制提供了模型，将促进人们对致盲疾病机制的理解。

外层血—视网膜外屏障由视网膜色素上皮（RPE）组成，视网膜色素上皮被布鲁赫膜与富含血管的脉络膜毛细血管隔开。布鲁赫膜调节绒毛毛细血管和RPE之间的营养物质和废物的交换。在AMD中，称为脉络膜小疣的脂蛋白沉积物在布鲁赫膜外形成，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。

研究人员在水凝胶中结合了3种未成熟的脉络膜细胞类型：周细胞、内皮细胞和成纤维细胞。然后，他们将凝胶打印在可生物降解的支架上。几天后，这些细胞开始成熟，形成致密的毛细血管网络。在第9天，研究人员在支架的反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、遗传和功能测试表明，打印组织的外观和行为都类似于天然的外层血—视网膜屏障。在诱导应激下，打印组织显示出早期AMD的模式，如RPE下的脉络膜小疣，并进展到晚期干性AMD，其中观察到组织退化。低氧导致湿性AMD样外观伴随着脉络膜血管过度增殖，并迁移到RPE下区域。用于治疗AMD的抗血管内皮生长因子药物可抑制血管过度生长和迁移，并恢复组织形态。

研究团队解决的技术挑战包括生成合适的可生物降解支架，以及通过开发一种温度敏感型水凝胶来实现一致的打印图案，这种水凝胶在冷的时候会出现明显的条纹，但当凝胶变暖时会溶解。良好的一致性使研究人员能更精确地量化组织结构。他们还在细胞混合物中优化了周细胞、内皮细胞和成纤维细胞的比例。