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Los científicos del Instituto Nacional del Ojo (NEI), parte de los Institutos Nacionales de Salud, han utilizado células madre de pacientes y bioimpresión 3D para producir tejido ocular que avanzará en la comprensión de los mecanismos de las enfermedades que causan ceguera. El equipo de investigación imprimió una combinación de células que forman el tejido exterior de la barrera ocular hematorretiniana que soporta los fotorreceptores sensibles a la luz de la retina. La técnica proporciona un suministro teóricamente ilimitado de tejido derivado del paciente para estudiar enfermedades degenerativas de la retina, como la degeneración macular relacionada con la edad (AMD).
“Sabemos que la AMD comienza en la barrera hematorretiniana externa”, dijo Kapil Bharti, Ph.D., quien dirige la Sección de Investigación Traslacional Ocular y de Células Madre del NEI. “Sin embargo, los mecanismos de iniciación y progresión de la AMD a etapas avanzadas secas y húmedas siguen sin comprenderse bien debido a la falta de modelos humanos fisiológicamente relevantes”.
La barrera hematorretiniana externa consiste en el epitelio pigmentario de la retina (EPR), separado por la membrana de Bruch del coriocapilar rico en vasos sanguíneos. La membrana de Bruch regula el intercambio de nutrientes y desechos entre el coriocapilar y el RPE. En AMD, se forman depósitos de lipoproteínas llamados drusas en el exterior de la membrana de Bruch, impidiendo su función. Con el tiempo, el RPE se descompone y provoca la degeneración de los fotorreceptores y la pérdida de la visión.
Kapil Bharti y sus colegas combinaron tres tipos de células coroideas inmaduras en un hidrogel: pericitos y células endoteliales, que son componentes clave de los capilares; y fibroblastos, que dan estructura a los tejidos. Luego, los científicos imprimieron el gel en un andamio biodegradable. En cuestión de días, las células comenzaron a madurar en una densa red capilar.
En el noveno día, los científicos sembraron células epiteliales del pigmento retinal en el reverso del andamio. El tejido impreso alcanzó la madurez completa el día 42. Los análisis del tejido y las pruebas genéticas y funcionales mostraron que el tejido impreso tenía una apariencia y un comportamiento similar a la barrera hematorretiniana externa nativa. Bajo estrés inducido, el tejido impreso mostró patrones de DMAE temprana, como depósitos de drusas debajo del RPE y progresión a DMAE de fase seca tardía, donde se observó degradación del tejido. Apariencia similar a la DMAE húmeda inducida por bajo nivel de oxígeno, con sobrecrecimiento de los vasos coroideos que han migrado a la zona sub-RPE. Los fármacos anti-VEGF, utilizados para tratar la AMD, suprimieron el crecimiento excesivo y la migración de este vaso y restauraron la morfología del tejido.
“Al imprimir las células, estamos facilitando el intercambio de señales celulares necesarias para la anatomía normal de la barrera hematorretiniana externa”, dijo Kapil Bharti. “Por ejemplo, la presencia de células RPE induce cambios en la expresión génica en fibroblastos que contribuyen a la formación de la membrana de Bruch, algo que se sugirió hace muchos años pero no se demostró hasta nuestro modelo”.
Entre los desafíos técnicos que abordó el equipo de Kapil Bharti estaban generar un andamio biodegradable adecuado y lograr un patrón de impresión uniforme mediante el desarrollo de un hidrogel sensible a la temperatura que alcanzaba distintas filas cuando estaba frío pero se disolvía cuando el gel se calentaba. La buena consistencia de las líneas permitió un sistema más preciso de cuantificación de estructuras tisulares. Los investigadores también optimizaron la proporción de mezcla celular de pericitos, células endoteliales y fibroblastos.
El coautor Marc Ferrer, Ph.D., director del Laboratorio de Bioimpresión de Tejidos 3D en el Centro Nacional para el Avance de las Ciencias Traslacionales de los NIH, y su equipo proporcionaron experiencia para la biofabricación de tejidos de la barrera hematorretiniana externa “en un pozo” , junto con mediciones analíticas para permitir la detección de drogas. “Nuestros esfuerzos de colaboración han dado como resultado modelos de tejido retiniano muy relevantes de enfermedades oculares degenerativas”, dijo Marc Ferrer. “Dichos modelos de tejido tienen muchos usos potenciales en aplicaciones traslacionales, incluido el desarrollo terapéutico”.
Los investigadores del NEI están utilizando modelos impresos de la barrera hematorretiniana para estudiar la AMD, experimentando con la adición de tipos de células adicionales al proceso de impresión, como células inmunitarias, para recapitular mejor el tejido nativo.
