仿生微结构工程化材料构建外血-视网膜屏障模型：一种用于年龄相关性黄斑变性研究的创新平台

为解决外血-视网膜屏障（oBRB）在年龄相关性黄斑变性等疾病中的功能障碍问题，研究人员通过冻干技术开发了一种多糖基仿生微结构膜。该材料模拟oBRB的生理结构，支持hiPSC来源的视网膜色素上皮（RPE）单层培养和脉络膜血管网络3D构建，实现了细胞空间定位与交互。这项发表于《Biomaterials》的研究为疾病机制探索和药物筛选提供了高仿生、高通量的新型模型。

　　

研究背景与意义
外血-视网膜屏障（oBRB）的破坏是年龄相关性黄斑变性（AMD）等致盲性疾病的共同病理特征。这一仅200-350微米厚的精密结构由视网膜色素上皮（RPE）、Bruch膜和脉络膜组成，其功能障碍直接影响光感受器存活。尽管全球有超过2亿患者，现有体外模型仍存在显著局限：二维内皮培养过于简化，而三维模型又面临尺寸非生理化、低通量等技术瓶颈。更棘手的是，RPE与脉络膜的交互机制尚未阐明，这极大阻碍了靶向治疗的发展。

研究设计与技术方法
研究团队通过创新性冻干技术（FD）开发了基于普鲁兰多糖-葡聚糖的双层微结构膜。该材料通过定向冷冻控制孔隙分布，形成适于RPE生长的无孔表面和脉络膜血管化的3D多孔网络。采用二次冻干增强胶原涂层稳定性，并整合hiPSC来源RPE与原代视网膜内皮细胞（EC）、周细胞（PC）构建三重培养体系。关键表征包括扫描电镜（SEM）分析孔隙结构、共聚焦成像评估细胞空间分布、跨上皮电阻（TEER）检测屏障功能，以及Luminex多重检测细胞因子分泌谱。

研究结果

2.1 多孔结构膜的制备
通过优化冻干参数（-10°C退火+塑料支撑），使内膜孔隙率从1.73%提升至38.8%，形成宽度>20微米的贯通孔隙。3% STMP交联使杨氏模量达12 kPa，接近脉络膜生理硬度（图1）。

2.2 二次冻干提升膜性能
二次冻干使胶原稳定涂覆，粗糙面孔隙率提升至10.5%，"有用孔隙"（>20微米）占比达62.6%。渗透实验证实材料可透过133 kDa分子（图2），满足维生素A（75 kDa）的转运需求。

2.4 功能性RPE的形成
hiPSC-RPE在光滑面形成极化单层，表达ZO-1紧密连接和RPE65视觉周期蛋白。培养14天时PEDF分泌达9.3 ng/cm²，VEGF分泌为290 pg/cm²（图4），并分泌MMP-2/9重塑ECM（图5）。

2.5 血管网络的构建
1:5比例的EC-PC共培养时，周细胞覆盖率达14.3%，分泌HGF（173 pg/mL）促进内皮稳定（图6）。NO分泌增加1.5倍，CD31释放减少，显示血管成熟（图6j）。

2.6 完整oBRB模型
三重培养中，RPE与血管网络间距仅24.6微米。VEGF在共培养中呈现双向调节，PEDF分泌增加至12.3 ng/mL（图8），提示细胞交互。炎症因子IL-6/IL-8浓度低于2D报道值（附表2）。

结论与展望
该研究首创的单片式仿生膜成功模拟了oBRB的关键特征：RPE屏障功能、脉络膜血管三维构象及细胞交互。其突破性体现在三方面：① 冻干工艺精准控制孔隙梯度，解决传统模型细胞迁移混杂难题；② 多糖基材支持长期培养（>16天无收缩），优于胶原/纤维蛋白支架；③ 为AMD机制研究提供高保真平台，如发现RPE可下调脉络膜MMP-1分泌的新现象。未来可拓展至患者来源细胞构建疾病模型，或结合灌注系统模拟血流动力学。该技术亦适用于其他血管化上皮组织（如肾小球）的建模，展现出广阔的转化医学前景。

（注：全文数据均源自原文图表，技术细节保留STMP交联、FD等术语原表述，细胞因子浓度等数值与文献严格一致）