Uma nova técnica oferece um modelo para estudar a origem da degeneração macular relacionada à idade (DMRI) e outras doenças oculares.
Cientistas utilizaram células-tronco de pacientes e bioimpressão 3D para produzir tecido ocular que ajudará a compreender melhor os mecanismos das doenças que causam cegueira. A equipe de pesquisa do National Eye Institute (NEI), parte dos National Institutes of Health (NIH), imprimiu uma combinação de células que formam a barreira hemato-retiniana externa – um tecido ocular que sustenta os fotorreceptores responsáveis pela captação de luz na retina.
Essa técnica oferece um suprimento teoricamente ilimitado de tecido derivado de pacientes, ideal para o estudo de doenças degenerativas da retina, como a DMRI.
“Sabemos que a DMRI começa na barreira hemato-retiniana externa,” afirmou Kapil Bharti, Ph.D., chefe da Seção de Pesquisa Translacional em Células Oculares e Tronco do NEI.
“No entanto, os mecanismos de iniciação e progressão da DMRI para os estágios avançados seco e úmido ainda são pouco compreendidos devido à falta de modelos humanos fisiologicamente relevantes.”
Estrutura e Degeneração da Barreira Hemato-Retiniana Externa
A barreira hemato-retiniana externa é composta pelo epitélio pigmentar da retina (EPR), separado pela membrana de Bruch da coriocapilar, rica em vasos sanguíneos. A membrana de Bruch regula a troca de nutrientes e resíduos entre a coriocapilar e o EPR.
Na degeneração macular relacionada à idade (DMRI), depósitos de lipoproteínas conhecidos como drusas se formam do lado externo da membrana de Bruch, comprometendo sua função. Com o tempo, o EPR se degrada, levando à degeneração dos fotorreceptores e à perda de visão.
Desenvolvimento do Tecido Ocular Bioimpresso
Bharti e seus colegas combinaram três tipos de células imaturas da coróide em um hidrogel:
- Pericitos e células endoteliais, componentes essenciais dos capilares.
- Fibroblastos, responsáveis por fornecer estrutura aos tecidos.
O gel foi impresso sobre um suporte biodegradável e, em poucos dias, as células começaram a amadurecer, formando uma densa rede capilar.
No nono dia, células do epitélio pigmentar da retina foram adicionadas ao lado oposto do suporte. O tecido bioimpresso atingiu a maturidade completa no dia 42.
Resultados e Comportamento do Tecido Bioimpresso
Análises genéticas, funcionais e estruturais demonstraram que o tecido bioimpresso se assemelhava ao tecido natural da barreira hemato-retiniana externa.
Sob condições de estresse induzido, o tecido apresentou padrões semelhantes aos da DMRI inicial, como:
- Depósitos de drusas abaixo do EPR.
- Progressão para o estágio seco avançado, com sinais de degradação do tecido.
Quando submetido a baixos níveis de oxigênio, o tecido desenvolveu características semelhantes à DMRI úmida, incluindo:
- Hiperproliferação de vasos coroidais, que migraram para a zona sub-EPR.
O uso de medicamentos anti-VEGF (utilizados no tratamento da DMRI) suprimiu esse crescimento excessivo de vasos e a migração, restaurando a morfologia normal do tecido.
Avanços na Bioimpressão 3D de Tecidos Oculares
“Ao imprimir células, estamos facilitando a troca de sinais celulares necessários para a formação normal da anatomia da barreira hemato-retiniana externa,” explicou Kapil Bharti.
“Por exemplo, a presença de células do epitélio pigmentar da retina (EPR) induz alterações na expressão genética dos fibroblastos, contribuindo para a formação da membrana de Bruch – algo que foi sugerido há muitos anos, mas só foi comprovado com o nosso modelo.”
Superando Desafios Técnicos na Bioimpressão
Entre os desafios enfrentados pela equipe estavam:
- Desenvolvimento de um suporte biodegradável adequado.
- Criação de um hidrogel sensível à temperatura, que formava fileiras definidas quando resfriado e se dissolvia ao aquecer. Essa consistência permitiu uma quantificação mais precisa das estruturas do tecido.
- Otimização da proporção da mistura de células (pericitos, células endoteliais e fibroblastos) para alcançar um crescimento ideal do tecido.
Colaboração para Biofabricação e Testes
O coautor Marc Ferrer, Ph.D., diretor do Laboratório de Bioimpressão de Tecidos 3D no Centro Nacional de Ciências Translacionais do NIH, e sua equipe contribuíram com conhecimentos técnicos para a biofabricação da barreira hemato-retiniana externa “in-a-well”, além de fornecer análises para viabilizar a triagem de medicamentos.
“Nossos esforços colaborativos resultaram em modelos de tecido da retina extremamente relevantes para o estudo de doenças degenerativas oculares,” afirmou Ferrer.
“Esses modelos possuem um enorme potencial em aplicações translacionais, incluindo o desenvolvimento de terapias.”
Próximos Passos na Pesquisa
Bharti e seus colaboradores estão utilizando os modelos de barreira hemato-retiniana impressos para estudar a degeneração macular relacionada à idade (DMRI). Eles também estão experimentando a adição de outros tipos de células ao processo de bioimpressão, como células do sistema imunológico, para reproduzir com mais precisão o tecido nativo.
Sobre a Pesquisa Básica
Este comunicado descreve uma descoberta em pesquisa básica, que é fundamental para avançar na prevenção, diagnóstico e tratamento de doenças. O progresso científico é um processo imprevisível e incremental, com cada avanço construindo sobre descobertas anteriores. Muitas inovações clínicas só são possíveis graças ao conhecimento gerado por pesquisas básicas.
Para saber mais sobre pesquisas básicas, acesse: NIH Basic Research.
Sobre o NEI e NIH
O National Eye Institute (NEI) lidera os esforços do governo federal dos EUA para eliminar a perda de visão e melhorar a qualidade de vida por meio da pesquisa ocular, promovendo inovação, colaboração e educação pública. Mais informações em: NEI.
O National Institutes of Health (NIH) é a principal agência de pesquisa médica dos Estados Unidos, composta por 27 institutos e centros. O NIH conduz e apoia pesquisas básicas, clínicas e translacionais, investigando causas, tratamentos e curas para doenças comuns e raras. Saiba mais em: NIH.
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Referência:
3D outer retina barrier uncovers RPE-dependent choroidal phenotype in advanced macular degeneration. Nature Methods.
https://www.nature.com/articles/s41592-022-01701-1
DOI: 10.1038/s41592-022-01701-1
Com conteúdo do NIH.
Luiza Fontes é apaixonada pelas tecnologias cotidianas e pelo impacto delas no nosso dia a dia. Com um olhar curioso, ela descomplica inovações e gadgets, trazendo informações acessíveis para quem deseja entender melhor o mundo digital.
