Hvorfor fotoreseptorcelleoverlevelse ikke når 100 %: Viktige mekanismer belyst

Forskere fra University of Pennsylvania, ledet av Raghavi Sudharsan, har oppdaget hvorfor omtrent 70 % av transplanterte fotosensoriske progenitorceller (PRPC-er) fra induserte pluripotente stamceller dør i løpet av de første dagene etter transplantasjon inn i netthinnen. Arbeidet deres, publisert i Stem Cell Research & Therapy, peker på metabolsk stress i donorceller som hovedårsaken til det tidlige tapet.

Forutsetninger

Transplantasjon av PRPC-er anses som en lovende metode for progressive degenerative sykdommer i netthinnen (retinitis pigmentosa, makuladegenerasjon). Den lave overlevelsesraten for donorceller begrenser imidlertid effektiviteten av behandlingen. Frem til nå har hovedfokuset vært å undertrykke immunresponsen, men selv med omfattende immunsuppresjon forble tapene katastrofale.

Design og metoder

1. Modeller:

   • Friske hunder og retinitis pigmentosa-modellhunder fikk subretinale injeksjoner av fluorescensmerkede PRPC-er.

2. Overlevelsesestimat:

   • Fluoresceinangiografi og optisk koherenstomografi (OCT) registrerte volumet av transplanterte celler på den første dagen, på den tredje og på den syvende dagen.

3. Enkeltcelletranskriptomikk (scRNA-sekvensering):

   • PRPC-er ble isolert fra netthinneområder på dag 3, og uttrykket av gener relatert til metabolisme og apoptose ble analysert.

4. Immunhistokjemi:

   • Oksidative stressmarkører (4-HNE), mitokondriell status (Tom20) og mikroglialaktivering (Iba1) ble vurdert i transplantasjonsområdet.

Viktige resultater

• Massivt celletap: omtrent 70 % av PRPC-ene forsvant innen dag 7 i både friske og degenererende netthinner til tross for immunsuppresjon.
• Metabolsk stress: scRNA-seq viste en dramatisk reduksjon i uttrykket av oksidative fosforyleringsgener (CYCS, COX4I1) og en økning i transkripsjonen av apoptotiske markører (BAX, CASP3).
• Mitokondriell dysfunksjon: Immunhistokjemi viste fragmentering og tap av Tom20-merking i transplanterte PRPC-er, og forhøyede 4-HNE-nivåer indikerte oksidativ skade.
• Mikroglias rolle: I transplantasjonsområdet økte Iba1⁺ mikrogliacelleaktiviteten som respons på PRPC-død, noe som kan forverre lokal betennelse og bidra til ytterligere tap.

Implikasjoner for celleterapier

Disse funnene endrer paradigmet: for å øke innpodingen av PRPC-er er det ikke bare nødvendig å undertrykke immunresponsen, men også å støtte energimetabolismen til donorceller. Mulige intervensjoner:

• Foreløpig "metabolsk fortrening" av PRPC-er under normale kulturforhold på kanten av substressbelastning for å forbedre deres mitokondrielle robusthet.
• Cocktailer av mitokondrielle stabilisatorer (koenzym Q₁₀, karnitin) under og umiddelbart etter transplantasjon.
• Modulering av det lokale netthinnemikromiljøet: tilførsel av antioksidanter eller mitokondrielle beskyttere til transplantasjonsområdet.

Praktiske konklusjoner og utsikter

• Metabolsk forkondisjonering: kondisjonering av PRPC-er under milde metabolske stressforhold før transplantasjon for å forbedre deres motstandskraft.
• Stillaslevering: bruk av biologisk nedbrytbare matriser som sikrer gradvis overgang av donorceller fra et rikt kulturmedium til netthinnemiljøet.
• Ernæringsstøtte: tilførsel av antioksidanter eller mitokondrielle respirasjonssubstrater i forbindelse med PRPC-er.

«Vi har lenge bare kjempet mot immunforsvaret, men nå er det klart at uten å løse problemet med metabolsk sjokk, er transplantasjoner dømt til tidlig død», konkluderer Raghavi Sudharsan.

Arbeidet, støttet av National Eye Institute, baner vei for mer levedyktige celleterapier for å gjenopprette synet hos pasienter med degenerative netthinnesykdommer.