Científicos de los Institutos Nacionales de la Salud (NIH) utilizan células madre de pacientes y bioimpresión 3D para producir tejido ocular
Un grupo de científicos ha utilizado células madre de pacientes y bioimpresión 3D para producir tejido ocular que permitirá avanzar en la comprensión de los mecanismos de las enfermedades que causan ceguera. El equipo de investigadores del Instituto Nacional del Ojo (NEI), perteneciente a los Institutos Nacionales de la Salud, imprimió una combinación de células que forman la barrera hematoretiniana externa, el tejido ocular que sustenta los fotorreceptores de la retina que detectan la luz. La técnica proporciona un suministro teóricamente ilimitado de tejido derivado de pacientes para estudiar enfermedades degenerativas de la retina como la degeneración macular asociada a la edad (DMAE).
«Sabemos que la DMAE se inicia en la barrera hematorretiniana externa. Sin embargo, los mecanismos de inicio y progresión de la DMAE a estadios avanzados secos y húmedos siguen siendo poco conocidos debido a la falta de modelos humanos fisiológicamente relevantes.»
Kapil Bharti, Doctor, Jefe de la Sección de Investigación Traslacional Ocular y de Células Madre del NEI
La barrera hematoretiniana externa está formada por el epitelio pigmentario de la retina (EPR), separado por la membrana de Bruch de la coriocapilaris, rica en vasos sanguíneos. La membrana de Bruch regula el intercambio de nutrientes y desechos entre la coriocapilar y el EPR. En la DMAE, los depósitos de lipoproteínas llamados drusas se forman fuera de la membrana de Bruch, impidiendo su función. Con el tiempo, el EPR se descompone y provoca la degeneración de los fotorreceptores y la pérdida de visión.
Bharti y sus colegas combinaron tres tipos de células coroideas inmaduras en un hidrogel: pericitos y células endoteliales, componentes clave de los capilares, y fibroblastos, que dan estructura a los tejidos. A continuación, los científicos imprimieron el gel en un soporte biodegradable. Al cabo de unos días, las células empezaron a madurar hasta formar una densa red capilar.
El noveno día, los científicos sembraron células epiteliales pigmentarias de la retina en la otra cara del soporte. El tejido impreso alcanzó la madurez completa el día 42. Los análisis tisulares y las pruebas genéticas y funcionales demostraron que el tejido impreso tenía un aspecto y un comportamiento similares a los de la barrera hematoretiniana externa nativa. Bajo estrés inducido, el tejido impreso mostró patrones de DMAE temprana, como depósitos de drusas bajo el EPR y progresión a DMAE en fase seca tardía, en la que se observó degradación tisular. La falta de oxígeno indujo un aspecto similar al de la DMAE húmeda, con hiperproliferación de vasos coroideos que migraban a la zona sub-PEr. Los fármacos anti-VEGF, utilizados para tratar la DMAE, suprimieron este crecimiento excesivo y la migración de los vasos y restauraron la morfología del tejido.
«Al imprimir células, estamos facilitando el intercambio de señales celulares que son necesarias para la anatomía normal de la barrera hematoretiniana externa», afirma Bharti. «Por ejemplo, la presencia de células del EPR induce cambios de expresión génica en los fibroblastos que contribuyen a la formación de la membrana de Bruch, algo que se sugirió hace muchos años pero que no se había demostrado hasta nuestro modelo».
Entre los retos técnicos a los que se enfrentó el equipo de Bharti estaban la generación de un soporte biodegradable adecuado y la obtención de un patrón de impresión homogéneo mediante el desarrollo de un hidrogel sensible a la temperatura que conseguía hileras bien diferenciadas cuando estaba frío pero que se disolvía cuando el gel se calentaba. La buena consistencia de las capas permitió un sistema más preciso de cuantificación de las estructuras tisulares. También optimizaron la proporción de la mezcla celular de pericitos, células endoteliales y fibroblastos.
El coautor Marc Ferrer, doctor y director del Laboratorio de Bioimpresión de Tejidos 3D del Centro Nacional para el Avance de las Ciencias Traslacionales de los NIH, y su equipo aportaron su experiencia para la biofabricación de los tejidos de la barrera externa sangre-retina junto con mediciones analíticas para permitir el cribado de fármacos.
«Nuestros esfuerzos de colaboración han dado lugar a modelos de tejido retiniano muy relevantes para las enfermedades oculares degenerativas», afirma Ferrer. «Estos modelos de tejido tienen muchos usos potenciales en aplicaciones traslacionales, incluido el desarrollo de terapias».
Bharti y sus colaboradores están utilizando modelos impresos de la barrera sangre-retina para estudiar la DMAE, y están experimentando con la adición de otros tipos de células al proceso de impresión, como células inmunitarias, para recapitular mejor el tejido nativo.
Traducción: Asociación Mácula Retina
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