ETD

• bioengineering
• blood-retinal barrier
• in-vitro model
• microfluidic

The blood–retinal barrier plays a crucial role in maintaining retinal homeostasis, but it also represents a major obstacle for the effective delivery of drugs to the posterior segment of the eye. Dysfunctions of the BRB are involved into several retinal diseases and in-vivo, in-vitro, and ex-vivo models are currently used in the ophthalmic research field but present several limitations, despite their cutting-edge biomimetic features. This PhD thesis presents the development and validation of a novel bioengineered 3D in vitro platform designed to mimic the outer blood-retinal barrier. The proposed device integrates a biomimetic Bruch’s membrane scaffold, fabricated via electrospinning, with a microfluidic network bioinspired by a human choroidal vasculature. A modular design approach was adopted to improve usability, reproducibility, and future scalability, while enabling the integration of sensing elements for real-time monitoring. The complete device was biologically validated through retinal pigmented epithelium cell culture, demonstrating the formation of a functional barrier and the capability to investigate drug efficacy. Overall, this work introduces a cost-effective, physiologically relevant in vitro, the proposed platform represents a promising tool for investigating BRB pathophysiology and for the preclinical evaluation of novel ophthalmic therapies, contributing to the reduction of animal experimentation in accordance with the 3R principles.

La barriera emato-retinica svolge un ruolo cruciale nel mantenimento dell’omeostasi oculare, ma rappresenta anche un ostacolo per la somministrazione di farmaci. Le disfunzioni della barriera emato-retinica sono coinvolte in diverse patologie retiniche e, nel campo della ricerca oftalmologica, vengono utilizzati modelli in vivo, in vitro ed ex vivo. Nonostante le loro caratteristiche biomimetiche all’avanguardia, presentano tuttavia diversi limiti. Questa tesi di dottorato presenta lo sviluppo e la validazione di una nuova piattaforma 3D in vitro bioingegnerizzata progettata per mimare la barriera emato-retinica. Il dispositivo proposto integra uno scaffold biomimetico della membrana di Bruch, con una rete microfluidica bioispirata alla vascolarizzazione coroidale. È stato adottato un approccio progettuale modulare per migliorare l'usabilità, la riproducibilità e la scalabilità futura, consentendo al contempo l'integrazione di elementi sensoriali. Il dispositivo completo è stato validato biologicamente attraverso la coltura di cellule dell'epitelio pigmentato retinico, dimostrando la formazione di una barriera funzionale e la capacità di studiare l'efficacia dei farmaci. Nel complesso, questo lavoro introduce una piattaforma vantaggiosa e fisiologicamente rilevante; che rappresenta uno strumento promettente per lo studio della fisiopatologia della BRB e per la valutazione preclinica di nuove terapie oftalmiche, in conformità con i principi delle 3R.