3次元での角膜のモデリング。現在と将来の展望

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Exp. Eye Res..2020 Jun;:108127. S0014-4835(20)30385-7. doi: 10.1016/j.exer.2020.108127.Epub 2020-06-30.

3次元での角膜のモデリング。現在と将来の展望

Modeling the cornea in 3-dimensions: Current and future perspectives.

Tina B McKay
Audrey E K Hutcheon
Xiaoqing Guo
James D Zieske
Dimitrios Karamichos

PMID: 32619578 DOI: 10.1016/j.exer.2020.108127.

抄録

角膜は血管性の透明な眼球組織であり、眼球の屈折および保護構造としての役割を果たしています。角膜の90％以上は間質内のコラーゲンに富んだ細胞外マトリックスで構成されており、残りの10％は角膜上皮層と内皮層、そしてそれを支えるコラーゲン層（例えば、ボウマン膜とデスメット膜）で構成されています。角膜の構造における顕著な役割のため、ヒト角膜をin vitroでモデル化するための組織工学的アプローチは、角膜ストロマの細胞および機能的特性に重点を置いてきた。このレビューでは、培養の次元性（例えば、2次元と3次元）の文脈でのモデル開発について議論し、培養微小環境によって促進される光学的、生体力学的、細胞機能について説明する。ヒト角膜をモデル化するための現在の方法について、オルガノタイプアプローチ、圧縮コラーゲン、バイオプリンティング、自己組織化ストローマモデルに焦点を当てて説明します。また、上皮細胞、間質角化細胞や線維芽細胞、内皮細胞、神経細胞など、関連する角膜細胞の種類を含めることで、共培養の応用を拡大しています。角膜組織モデル開発のさらなる進歩は、角膜創傷の治癒と再生に関する現在の理解を著しく向上させるであろう。

The cornea is an avascular, transparent ocular tissue that serves as a refractive and protective structure for the eye. Over 90% of the cornea is composed of a collagenous-rich extracellular matrix within the stroma with the other 10% composed by the corneal epithelium and endothelium layers and their corresponding supporting collagen layers (e.g., Bowman's and Descemet's membranes) at the anterior and posterior cornea, respectively. Due to its prominent role in corneal structure, tissue engineering approaches to model the human cornea in vitro have focused heavily on the cellular and functional properties of the corneal stroma. In this review, we discuss model development in the context of culture dimensionality (e.g., 2-dimensional versus 3-dimensional) and expand on the optical, biomechanical, and cellular functions promoted by the culture microenvironment. We describe current methods to model the human cornea with focus on organotypic approaches, compressed collagen, bioprinting, and self-assembled stromal models. We also expand on co-culture applications with the inclusion of relevant corneal cell types, such as epithelial, stromal keratocyte or fibroblast, endothelial, and neuronal cells. Further advancements in corneal tissue model development will markedly improve our current understanding of corneal wound healing and regeneration.