杜克大学的生物医学工程师首次利用诱导多能干细胞(iPSCs)培养出对视网膜健康至关重要的特殊血管细胞。当这些"视网膜内皮细胞"被注射到视网膜疾病的小鼠模型中时，它们会融入受损组织，再生血管并恢复视网膜功能。研究人员还展示了这些细胞在实验室环境中形成功能性视网膜血管组织的能力，为模拟和研究各种眼疾提供了途径。
发表在《自然-生物医学工程》杂志上的这些结果表明，利用这些视网膜细胞和模型有望开发出治疗视力丧失和研究眼疾的新方法。
"视网膜血管疾病影响着美国数百万人，但我们对其了解仍然有限，这阻碍了我们发现和开发新疗法的能力，"杜克大学生物医学工程系Paul M. Gross杰出教授兼系主任Sharon Gerecht表示。"利用人类干细胞，我们生成了视网膜血管中发现的细胞，为新的治疗方法铺平了道路。"
视网膜不寻常的严格屏障
"眼睛是灵魂之窗"这句老话比人们想象的更为准确。视网膜（眼睛后部检测光线的部分）的神经元直接延伸至大脑，从技术上讲，这使眼睛成为中枢神经系统的一部分。
同样，与大脑类似，视网膜也有一个血脑屏障，严格控制着氧气、营养物质、水和药物等物质的进出。虽然这一屏障使视网膜保持健康并相对免受致病因子的侵害，但也使治疗视网膜变得困难。
这一屏障由血管组织形成，包括紧密连接的视网膜内皮细胞网络（构成血管内层）与其他称为周细胞和星形胶质细胞的特殊细胞共同作用。这些细胞的特异性，以及它们不在身体其他部位形成的事实，使得这种复杂组织难以修复或从头生长。
"当这种特殊的血管组织开始分解时，可能导致多种导致视力丧失的疾病，"在Gerecht实验室工作的博士生、论文第一作者Parker Esswein表示。"虽然有视网膜内皮细胞的来源，但能够从头开始持续培养这些细胞可以为该领域的研究人员提供许多优势。"
将干细胞转化为视网膜细胞
目前，这些视网膜内皮细胞是从患者身上收集和培养的，这使得它们相对昂贵且供应有限。为了扩大获取途径、降低成本并控制变异性，Gerecht实验室希望看看是否可以从iPSCs中培养它们。这些iPSCs本质上是经过重新编程的成熟成人细胞，可以变成原始版本，然后生长成各种其他类型的细胞。
为此，Gerecht实验室的前博士生林英玉(Ying-Yu Lin)和Esswein采用了商业iPSCs，并使用一个已建立的程序使它们生长成构成人体大部分血管内层的普通内皮细胞。然后，研究人员使用特制的生长因子混合物，引导这些细胞变成视网膜中发现的特定类型的内皮细胞。
成功之后，研究人员对他们的新创造进行了测试。
从疾病模型到疗法
在实验台实验中，研究团队能够让这些细胞形成与体内相同的网络和结构。然后，他们将这些实验室培养的组织置于低氧和高葡萄糖水平下，这些是有害条件，在人群中经常可见。
这些条件是美国工作年龄人群视力丧失的主要原因——糖尿病视网膜病变的根本原因，并导致组织屏障像患者体内一样分解。
随后，研究人员尝试将实验室培养的细胞作为疗法用于视网膜血管脆弱、结构松散的小鼠模型。当在实际视力丧失发生之前将这些细胞注射到小鼠体内时，这些细胞成功地融入现有组织，帮助形成了具有强屏障的强健血管。
"测试表明，这些实验室培养的细胞对预防性治疗有希望，特别是因为使用我们的技术获取它们应该更容易、更便宜，"Esswein说。"虽然我们的实验台实验并未尝试在这些研究中模拟各种特定眼疾，但我们有信心我们可以在实验室中创建出色的人体组织模型，以帮助更好地理解这些疾病并发现疗法。"
专利计划与合作伙伴关系
展望未来，研究人员计划在实验室中以及通过新兴的行业合作伙伴关系，探索其视网膜内皮细胞的这些潜在用途。该团队还有一项专利正在申请中，涵盖基于干细胞的治疗和用于药物发现和测试的体外模型。
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