El modelo de laboratorio ofrece esperanza a los pacientes con degeneración macular
Una ilustración del modelo de laboratorio que imita la parte de la retina humana afectada por la degeneración macular. El modelo combina tejido retiniano derivado de células madre y redes vasculares de pacientes humanos con materiales sintéticos de bioingeniería en una «matriz» 3D. Crédito: ilustración de la Universidad de Rochester/Michael Osadciw
La degeneración macular relacionada con la edad (AMD), que conduce a la pérdida de la visión central, es la causa más frecuente de ceguera en adultos de 50 años o más, y afecta a aproximadamente 196 millones de personas en todo el mundo. No existe cura, aunque el tratamiento puede retrasar el inicio y preservar algo de la visión.
Recientemente, sin embargo, los investigadores de la Universidad de Rochester lograron un avance importante en la búsqueda de una cura para la AMD. Su primer modelo de laboratorio tridimensional (3D) imita la parte de la retina humana afectada por la degeneración macular.
Su modelo combina tejido retiniano derivado de células madre y redes vasculares de pacientes humanos con materiales sintéticos de bioingeniería en un «matriz» tridimensional. En particular, el uso de tejido retiniano 3D derivado del paciente permitió a los investigadores investigar los mecanismos subyacentes involucrados en la degeneración macular neovascular avanzada, la forma húmeda de la degeneración macular, que es la forma más debilitante y ciega de la enfermedad.
Los investigadores también demostraron que los cambios relacionados con la DMAE húmeda en su modelo de retina humana podrían abordarse con fármacos.
«Una vez que hayamos validado esto en una muestra grande, la próxima esperanza sería desarrollar fármacos racionales». terapias e incluso probar la eficacia de un fármaco específico para que funcione en pacientes individuales», dice Ruchira Singh, profesora asociada de oftalmología en el Flaum Eye Institute de la Universidad.
El laboratorio de Danielle Benoit, profesora de biomédica ingeniero y director del Programa de ciencia de materiales, diseñó los materiales sintéticos para la matriz y ayudó a configurarla, como se describe en un artículo en Cell Stem Cell.
Singh dice que los hallazgos deberían ayudar a resolver un debate «enorme» entre los investigadores en el campo que han estado tratando de determinar si:
- Los defectos en la retina en sí son responsables de la enfermedad (y si es así, qué partes de la retina son responsables ); o
- La enfermedad es causada por otros «problemas sistémicos», por ejemplo, en el suministro de sangre.
Su investigación apunta fuertemente a los defectos de la retina como los responsables y, en particular, a defectos en un área llamada epitelio pigmentario de la retina (EPR), una capa de células pigmentadas que nutre las células fotorreceptoras de la retina.
Por qué los modelos animales fallan y un modelo 3D resultó ‘esencial’
Dos áreas del ojo humano se ven afectadas por AMD. Incluyen el EPR y, debajo del EPR, un sistema de soporte subyacente llamado coriocapilar, compuesto en gran parte por capilares que alimentan la retina externa.
Hasta ahora, los investigadores se han basado en gran medida en modelos de roedores. Pero la anatomía y la fisiología de las retinas humanas y de roedores son muy diferentes. Según Singh, era fundamental crear «un modelo humano in vitro de la capa coriocapilar integrada con el RPE para obtener todo el complejo que se ve afectado por esta enfermedad».
Por ejemplo, en un estudio anterior , el laboratorio de Singh usó solo un epitelio pigmentario de la retina (EPR) derivado del paciente de un solo tipo de célula de la retina para mostrar que los síntomas de las formas tempranas y secas de AMD podrían imitarse en el cultivo y podrían ser causados únicamente por una disfunción en las células del EPR. Sin embargo, el papel de la capa coriocapilar sigue siendo «un misterio que nadie ha podido modelar en cultivo», dice ella.
Por eso era tan importante desarrollar un modelo humano in vitro y modular que podría integrar una capa coriocapilar con el RPE «para obtener todo el complejo afectado por esta enfermedad, de modo que las propiedades de cada tipo de célula individual puedan controlarse de forma independiente», dice Singh.
Y es por eso que el laboratorio de Benoit , que se especializa en la creación de hidrogeles sintéticos para el cultivo celular, la ingeniería de tejidos y la administración de fármacos objetivo, fue importante.
El laboratorio de Benoit diseñó la matriz 3D en la que los coriocapilares podrían colocarse de forma segura y también «orientarse adecuadamente en el vasculatura general», dice Benoit. «También facilitamos la adhesión de las células RPE dentro del modelo. Fue una contribución pequeña pero importante. Un modelo tridimensional fue esencial para describir las cosas realmente sorprendentes que se identificaron y descubrieron usando este modelo».
Los hallazgos ofrecen una posible resolución al debate sobre las causas de la degeneración macular. Los investigadores ahora muestran por primera vez que los defectos en las células del RPE por sí solos son suficientes para causar la enfermedad. «Puedes tener coriocapilares completamente normales, pero si tu EPR es disfuncional, provocará la disfunción coriocapilar», dice Singh.
Del mismo modo, al usar muestras de sangre de pacientes con AMD húmeda en el modelo de retina humana, sus datos por primera vez también muestra que los factores derivados de la sangre de los pacientes pueden contribuir de forma independiente al desarrollo y la progresión de la DMRE húmeda.
Las colaboraciones, dice Singh, han tenido éxito en:
- Crear un modelo humano preciso del complejo RPE/coriocapilar
- Confirmar que el RPE y las células madre mesenquimales juegan un papel en el desarrollo de la capa coriocapilar
- Imitar aspectos de la degeneración macular en el modelo humano
- Comprender el papel de tipos específicos de células y factores derivados de la sangre en el desarrollo de la degeneración macular
- Enfocar la enfermedad, usar un fármaco en un modelo celular derivado del paciente
Líder mundial en ciencia de la visión
La última investigación de Singh and Benoit se basa en la larga tradición de la Universidad de Rochester como líder mundial en ciencia de la visión.
En la década de 1990, por ejemplo, David Williams, el profesor William G. Allyn de Óptica Médica, y su grupo aplicaron la óptica adaptativa se usó por primera vez en telescopios para ver más claramente a través de la atmósfera de la Tierra para obtener imágenes de células retinales individuales, hasta fotorreceptores individuales en la retina humana viva. El trabajo de Williams y su equipo ha tenido un efecto de gran alcance en los procedimientos para mejorar la visión y se aplica en todo el mundo en los procedimientos de Lasik en la actualidad.
Ese legado atrajo tanto a Singh como a Benoit a Rochester, pero entonces, también lo hizo otro factor: la proximidad de los departamentos de ingeniería y ciencias y el Centro Médico, ubicados frente a una avenida, y la oportunidad de trabajar juntos. Benoit dice que la proximidad fue un factor «crítico» en su decisión de unirse al Departamento de Ingeniería Biomédica en 2010. Singh dice que la oportunidad de colaborar con Benoit fue una de las principales razones por las que decidió unirse al Centro Médico hace siete años.
También es útil para forjar otras colaboraciones. La ciencia de la visión en la Universidad ahora implica una sinergia de la ciencia, la ingeniería y la medicina en varios departamentos, incluidos el cerebro y las ciencias cognitivas, la neurobiología y la anatomía, y la oftalmología, lo que involucra a unos 100 miembros de la facultad de Rochester. El Centro de Ciencias Visuales y su laboratorio ARIA, dirigido por Williams, colaboran estrechamente con el Flaum Eye Institute del Centro Médico y es el centro de estas colaboraciones.
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Nuevo modelo para una forma de ceguera difícil de estudiar allana el camino para futuras investigaciones Más información: Kannan V. Manian et al, modelado iPSC del epitelio pigmentario de la retina- El complejo choriocapillaris identifica factores involucrados en la patología de la degeneración macular, Cell Stem Cell Published:29 de marzo de 2021, DOI:doi.org/10.1016/j.stem.2021.02.006 Información de la revista: Cell Stem Cell
Proporcionado por la Universidad de Rochester Cita: El modelo de laboratorio ofrece esperanza para los pacientes con degeneración macular (29 de marzo de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-03 -lab-macular-degeneration-patients.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.