Des chercheurs utilisent la bio-impression 3D pour créer des tissus oculaires : la technique fournit un modèle pour étudier la genèse de la dégénérescence maculaire liée à l’âge et d’autres maladies oculaires

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Les scientifiques ont utilisé des cellules souches de patients et la bio-impression 3D pour produire des tissus oculaires qui permettront de mieux comprendre les mécanismes des maladies cécitantes. L’équipe de recherche du National Eye Institute (NEI), qui fait partie des National Institutes of Health, a imprimé une combinaison de cellules qui forment la barrière hémato-rétinienne externe – tissu oculaire qui soutient les photorécepteurs sensibles à la lumière de la rétine. La technique fournit un approvisionnement théoriquement illimité de tissu dérivé du patient pour étudier les maladies rétiniennes dégénératives telles que la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA).

« Nous savons que la DMLA commence dans la barrière hémato-rétinienne externe », a déclaré Kapil Bharti, Ph.D., qui dirige la section NEI sur la recherche translationnelle sur les cellules oculaires et souches. « Cependant, les mécanismes d’initiation et de progression de la DMLA vers les stades secs et humides avancés restent mal compris en raison du manque de modèles humains physiologiquement pertinents. »

La barrière hémato-rétinienne externe est constituée de l’épithélium pigmentaire rétinien (RPE), séparé par la membrane de Bruch de la choriocapillaire riche en vaisseaux sanguins. La membrane de Bruch régule l’échange de nutriments et de déchets entre la choriocapillaire et l’EPR. Dans la DMLA, des dépôts de lipoprotéines appelés drusen se forment à l’extérieur de la membrane de Bruch, entravant sa fonction. Au fil du temps, le RPE se décompose, entraînant une dégénérescence des photorécepteurs et une perte de vision.

Bharti et ses collègues ont combiné trois types de cellules choroïdiennes immatures dans un hydrogel : les péricytes et les cellules endothéliales, qui sont des composants clés des capillaires ; et les fibroblastes, qui structurent les tissus. Les scientifiques ont ensuite imprimé le gel sur un échafaudage biodégradable. En quelques jours, les cellules ont commencé à mûrir en un réseau capillaire dense.

Le neuvième jour, les scientifiques ont ensemencé des cellules épithéliales pigmentaires rétiniennes sur le revers de l’échafaudage. Le tissu imprimé a atteint sa pleine maturité au jour 42. Les analyses tissulaires et les tests génétiques et fonctionnels ont montré que le tissu imprimé avait l’air et se comportait de la même manière que la barrière hémato-rétinienne externe native. Sous stress induit, les tissus imprimés présentaient des schémas de DMLA précoce tels que des dépôts de drusen sous le RPE et une progression vers la DMLA tardive au stade sec, où une dégradation des tissus a été observée. Apparence de type DMLA humide induite par une faible teneur en oxygène, avec une hyperprolifération des vaisseaux choroïdiens qui ont migré dans la zone sous-RPE. Les médicaments anti-VEGF, utilisés pour traiter la DMLA, ont supprimé la prolifération et la migration de ces vaisseaux et ont restauré la morphologie des tissus.

« En imprimant des cellules, nous facilitons l’échange d’indices cellulaires nécessaires à l’anatomie normale de la barrière hémato-rétinienne externe », a déclaré Bharti. « Par exemple, la présence de cellules RPE induit des changements d’expression génique dans les fibroblastes qui contribuent à la formation de la membrane de Bruch – quelque chose qui a été suggéré il y a de nombreuses années mais qui n’a pas été prouvé jusqu’à notre modèle. »

Parmi les défis techniques que l’équipe de Bharti a relevés, il y avait la génération d’un échafaudage biodégradable approprié et la réalisation d’un motif d’impression cohérent grâce au développement d’un hydrogel sensible à la température qui obtenait des rangées distinctes lorsqu’il était froid mais qui se dissolvait lorsque le gel se réchauffait. Une bonne cohérence des rangées a permis un système plus précis de quantification des structures tissulaires. Ils ont également optimisé le rapport de mélange cellulaire des péricytes, des cellules endothéliales et des fibroblastes.

Le co-auteur Marc Ferrer, Ph.D., directeur du laboratoire de bioimpression tissulaire 3D au National Center for Advancing Translational Sciences des NIH, et son équipe ont fourni une expertise pour la biofabrication des tissus de la barrière hémato-rétinienne externe « dans un puits,  » ainsi que des mesures analytiques pour permettre le dépistage des drogues.

« Nos efforts de collaboration ont abouti à des modèles de tissu rétinien très pertinents de maladies oculaires dégénératives », a déclaré Ferrer. « Ces modèles de tissus ont de nombreuses utilisations potentielles dans les applications translationnelles, y compris le développement thérapeutique. »

Bharti et ses collaborateurs utilisent des modèles imprimés de barrière hémato-rétinienne pour étudier la DMLA, et ils expérimentent l’ajout de types de cellules supplémentaires au processus d’impression, tels que les cellules immunitaires, pour mieux récapituler les tissus natifs.

Source de l’histoire :

Matériel fourni par NIH/Institut national de l’œil. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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