德國研究人員報告了一種芯片視網(wǎng)膜的發(fā)展，該視網(wǎng)膜芯片將活體人體細(xì)胞與人造組織樣系統(tǒng)結(jié)合在一起。科學(xué)家，誰形容自己的工作(“ 合并類器官和器官上的單芯片技術(shù)生成在人的視網(wǎng)膜上，一個芯片平臺復(fù)雜的多層組織模型 ”)在網(wǎng)上生活，認(rèn)為他們的尖端工具可以為研究眼病提供現(xiàn)有模型的有用替代方案，并允許科學(xué)家更有效地測試藥物對視網(wǎng)膜的影響。

“遺傳性和散發(fā)性視網(wǎng)膜疾病如Stargardt病，年齡相關(guān)性黃斑變性或色素性視網(wǎng)膜炎的破壞性影響和無法治愈的性質(zhì)迫切需要開發(fā)新的治療策略。另外，視網(wǎng)膜毒性的高流行性正變得越來越成為新型靶向治療劑的問題。迄今為止，眼科藥物開發(fā)在很大程度上依賴于動物模型，其通常不提供可轉(zhuǎn)化為人類患者的結(jié)果。因此，建立復(fù)雜的基于人體組織的體外模型至關(guān)重要，“研究者寫道。

“源自人胚胎干細(xì)胞(hESCs)或人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(hiPSCs)的自我形成視網(wǎng)膜類器官(RO)的發(fā)現(xiàn)是模擬復(fù)雜分層視網(wǎng)膜組織的有前途的方法。然而，RO缺乏血管形成，并且無法概括成熟的光感受器和視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞(RPE)的重要生理相互作用。在這項研究中，我們提出了視網(wǎng)膜上視網(wǎng)膜(RoC)，一種人類視網(wǎng)膜的新型微生理學(xué)模型，整合了來自hiPSC的七種以上不同的基本視網(wǎng)膜細(xì)胞類型。它提供脈管系統(tǒng)樣灌注，并首次實現(xiàn)了成熟感光細(xì)胞片段與體外RPE相互作用的重演。

“我們表明，這種相互作用增強了外部片段結(jié)構(gòu)的形成，并建立了類似體內(nèi)的生理過程，如外段吞噬作用和鈣動力學(xué)。此外，我們通過再現(xiàn)抗瘧疾藥物氯喹和抗生素慶大霉素的視網(wǎng)膜病毒副作用證明了RoC在藥物測試中的適用性。基于hiPSC開發(fā)的RoC具有促進(jìn)藥物開發(fā)的潛力，并為視網(wǎng)膜疾病的潛在病理學(xué)提供新的見解。“

“僅使用工程方法概括人類視網(wǎng)膜的復(fù)雜組織結(jié)構(gòu)，即使不是幾乎不可能，也極具挑戰(zhàn)性，”德國斯圖加特弗勞恩霍夫界面工程與生物技術(shù)研究所博士后研究員Christopher Probst博士解釋說，本研究的共同主要作者。

為了克服這些挑戰(zhàn)，科學(xué)家們誘使人類多能干細(xì)胞在人造組織上發(fā)育成幾種不同類型的視網(wǎng)膜細(xì)胞。這種組織重建了細(xì)胞在體內(nèi)經(jīng)歷的環(huán)境，并通過模擬人體血管的系統(tǒng)向細(xì)胞提供營養(yǎng)和藥物。

“這種方法的結(jié)合使我們能夠成功地創(chuàng)建一個復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)，包括視網(wǎng)膜類器官中存在的所有細(xì)胞類型和層，連接到視網(wǎng)膜色素上皮層，”聯(lián)合主要作者，博士后研究員Kevin Achberger博士說。德國蒂賓根Eberhard Karls大學(xué)神經(jīng)解剖學(xué)和發(fā)育生物學(xué)系。“這是3D視網(wǎng)膜模型的第一次演示，它重現(xiàn)了人類視網(wǎng)膜的許多結(jié)構(gòu)特征，并以類似的方式表現(xiàn)。”

該團(tuán)隊用抗瘧疾藥物氯喹和抗生素慶大霉素治療他們的視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜，這些藥物對視網(wǎng)膜有毒。他們發(fā)現(xiàn)這些藥物對模型中的視網(wǎng)膜細(xì)胞有毒性作用，這表明它可能是檢測有害藥物作用的有用工具。

“這種微小模型的一個優(yōu)點是它可以作為自動化系統(tǒng)的一部分，用于快速測試數(shù)百種藥物對視網(wǎng)膜的有害影響，”Achberger指出。“此外，它可以使科學(xué)家們從特定患者身上獲取干細(xì)胞，并研究該個體自身細(xì)胞中的疾病和潛在治療方法。”

“這種新方法結(jié)合了兩種有前途的技術(shù) - 類器官和片上器官 - 并有可能徹底改變藥物開發(fā)并開創(chuàng)個性化醫(yī)療的新時代，”資深作者，實驗助理教授Peter Loskill博士補充說。 Eberhard Karls大學(xué)的再生醫(yī)學(xué)。

Loskill是弗勞恩霍夫界面工程和生物技術(shù)研究所Fraunhofer Attract集團(tuán)的芯片上的負(fù)責(zé)人。他的實驗室橫跨兩所大學(xué)，正在為其他器官開發(fā)類似的片上器官技術(shù)。